三維激光掃描技術(shù)在土方計(jì)算中的應(yīng)用

對(duì)大面積堆積物的土方測(cè)量是一項(xiàng)常見工作。如何利用測(cè)量單位現(xiàn)場(chǎng)測(cè)出的地形數(shù)據(jù)或原有的數(shù)字地形數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確的計(jì)算出土方量就成了人們關(guān)心的問題。

常見的幾種計(jì)算土方量的方法有：

• 方格網(wǎng)法

• 等高線法

• 斷面法

• DTM法

• 區(qū)域土方量平衡法

• 平均高程法等

傳統(tǒng)的測(cè)量方法主要是利用全站儀或 GPS 測(cè)量堆積物表面的離散點(diǎn)的坐標(biāo)，建立表面數(shù)字模型，計(jì)算土方量，該方法因堆積物形狀復(fù)雜，測(cè)量點(diǎn)離散不均，局部點(diǎn)無法測(cè)量等因素，很大影響土方測(cè)量的效率和精度。

有些堆積物因自身松散等原因造成其表面無法立桿測(cè)量，使得傳統(tǒng)測(cè)量方法難以進(jìn)行。

三維激光掃描作為一種非接觸、全方位、高精度、全自動(dòng)的測(cè)量技術(shù)已廣泛的應(yīng)用到各測(cè)量領(lǐng)域。

什么是三維激光掃描技術(shù)？

三維激光掃描儀的工作原理是激光測(cè)距，掃描儀本身是將無合作目標(biāo)激光測(cè)距儀與角度測(cè)量系統(tǒng)組合的自動(dòng)化快速測(cè)量系統(tǒng)。通過時(shí)間差計(jì)算出掃描儀到被測(cè)目標(biāo)之間的距離，結(jié)合編碼器來測(cè)量鏡頭旋轉(zhuǎn)角與激光掃描儀的水平旋轉(zhuǎn)角度，從而獲得每一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。

三維掃描技術(shù)的出現(xiàn)，改變了已有的數(shù)據(jù)采集方式。面式數(shù)據(jù)采集替代傳統(tǒng)的點(diǎn)式數(shù)據(jù)采集，是測(cè)量技術(shù)發(fā)展史上的一次巨大變革，三維激光掃描儀大大提高了測(cè)繪的工作效率。三維激光掃描技術(shù)具備以下特點(diǎn)：

1. 非接觸性，不需要接觸被測(cè)目標(biāo)，即可快速得到目標(biāo)的三維信息，解決了危險(xiǎn)目標(biāo)、不宜接觸目標(biāo)、易損壞目標(biāo)的測(cè)量。

2. 快速性，激光掃描的方式能夠快速獲取大面積的空間信息。從傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量的方式跨越到面測(cè)量，實(shí)現(xiàn)測(cè)量效率的質(zhì)的飛躍。

3. 數(shù)據(jù)采集的高密度性，具體測(cè)量過程中，可根據(jù)實(shí)際需求，被測(cè)物體的精細(xì)程度設(shè)定一定得采樣間隔，從而得密度足夠高的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

4. 全數(shù)字化，三維激光掃描儀得到的點(diǎn)云，不僅包含了三維位置信息，也包含了RGB信息，便于移植到其他系統(tǒng)處理和使用。

5. 全天候，三維激光掃描一通過主動(dòng)發(fā)射激光束的方式來完成對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的測(cè)量，不需要外部光線，使得掃描能夠擺脫時(shí)間和空間的限制，真正實(shí)現(xiàn)全天候測(cè)量。

滬敖案例簡(jiǎn)介

1、項(xiàng)目概況

本案的土方堆積于多個(gè)廠房之中，堆積較高，土堆大小不一，且有些部分靠墻堆放空隙小不便確定邊際位置。且土堆位于室內(nèi)，傳統(tǒng)RTK無法接收信號(hào)，也就無法測(cè)量。而有些土堆較高，也不便架設(shè)全站儀合作目標(biāo)，且現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，傳統(tǒng)測(cè)量方法無法測(cè)得全面的數(shù)據(jù)，故而采用三維激光掃描結(jié)合專業(yè)點(diǎn)云處理軟件的方案進(jìn)行此次項(xiàng)目的實(shí)施。

2、項(xiàng)目實(shí)施步驟

1）勘查現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分塊編號(hào)

2）使用地面式三維激光掃描儀進(jìn)行掃描作業(yè)

3）點(diǎn)云的拼接、去噪及輸出

4）使用專業(yè)軟件Trimble Realworks直接通過點(diǎn)云獲得所測(cè)區(qū)域的體積

5)整理形成土方測(cè)繪報(bào)告

展望

三維激光掃描儀測(cè)量速度很快，本次滬敖利用激光三維掃描技術(shù)對(duì)土方堆積場(chǎng)所進(jìn)行掃描測(cè)量，可以得到準(zhǔn)確詳實(shí)的高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù),逼真地模擬了堆場(chǎng)的立體形狀,經(jīng)過內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理也準(zhǔn)確地計(jì)算得出了土方量，為后續(xù)的規(guī)劃提供了科學(xué)可靠的數(shù)據(jù)支持，大大加快了后續(xù)對(duì)土方利用的規(guī)劃進(jìn)度，具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

本次滬敖對(duì)土方堆場(chǎng)的治理測(cè)繪工作，充分地體現(xiàn)了三維激光掃描技術(shù)的優(yōu)勢(shì)——快捷、準(zhǔn)確、大大減輕了人們工作業(yè)強(qiáng)度，同時(shí)也為人工難以到達(dá)的區(qū)域提供了新的測(cè)量途徑。

在各項(xiàng)裝備技術(shù)都在快速發(fā)展的今天，有越來越多的諸如三維激光掃描的新技術(shù)正在被應(yīng)用于那些看似十分成熟，模式十分固定的傳統(tǒng)測(cè)繪項(xiàng)目中去。而每個(gè)項(xiàng)目的情況又不盡相同，針對(duì)具體工況時(shí)具體需求，選擇合適的技術(shù)裝備，也會(huì)取得事半功倍的效果。