三维激光扫描技术在市政道路工程中的应用

速度快、高分辫率、非接触式测量优势，能够快速完整的记录被测物体表面的复杂纹理。将三维激光扫描技术应用于地形 测绘可以减轻外业工作量有效提高外业测量的工作效率。结合三维激光扫描系统的组成和工作原理，优化点云数据的处 理过程和方法，研究了三维激光扫描技术在市政道路工程测量应用中的技术特性，并结合工程案例析了实现过程和效果。 研究表明，利用激光三维扫描技术获取的空间点云数据，可以快速生成满足工程设计所需要的地形图，以及纵横断面等产

品，能有效提高外业测量工作效率。关键词：三维激光扫描；市政道路工程;地形测量；断面测量中图分类号：U412.6 文献标志码：B 文章编号:1009-7716(2019)06-0268-040引言在市政道路工程中，传统地形图数据采集方 式有全站仪、GPS等,但是这些方式所采集的地形

数据总量有限。一般应根据地形图的比例需要有 选择性的进行地形测量，对不同比例尺的地形图

测量的详细程度不同，且数据采集时间长,外业工 作强度大，对于一些危险无法到达的区域无法测

量。三维激光扫描技术是近些年来发展起来的一 项新技术,又被称为实景复制技术,它能够完整并

360°水平旋转高精度地重建扫描物体的空间形态，无需接触被 测物体即可获取空间物体的精确的三维位置信息

及准确的色彩纹理信息，真正实现了高精度的非 接触测量。本文主要以市政道路工程为例,探讨三

维激光扫描技术在市政道路工程测量中的外业作 业方法及内业成图方法。1三维激光扫描技术简介Leica公司的P40三维激光扫描仪完美融合了 高精的测距测角技术、WFD波形数字化技术、

图1 Leica P40扫描仪2技术方案设计技术方案主要包含控制测量、外业扫描、点云

Mixed Pixels技术和HDR图像技术，使得该仪器

具有更高的性能和稳定性，扫描距离可以到达

270m,满足各种扫描任务的要求，见图lo收積日期：2019-04-02作者简介:杨建强(1984-),男，大学本科，工程师,从事 勘察设计工作。拼接与去噪、地形图绘制、纵横断面绘制等步骤。2.1外业扫描方案(1 )控制测量，为了将扫描数据统一到城市坐 标系下,需沿道路中线均匀布设控制点。2019年6月第6期城市道桥与防洪成果应用269平面控制测量采用上海虚拟参考站技术布 设，根据《卫星定位城市测量技术规范XCJJT 73—

2010）中一级GNSS点的技术标准实施。高程控制 测量采用《工程测量规范》（GB 50026—2001）中四 等水准测量技术标准实施。（2）设站扫描沿着道路中线设站扫描，在控制点架设扫描

仪对中整平并量取仪器高，设定好扫描参数后开

始扫描。对于没有控制点的区域采用自由设站通 过标靶配准的方式，从而保证了作业效率及数据

的精度。2.2内业处理方案（1 ）数据拼接，由于获取的每站扫描点云都是

以扫描测站为参考点的独立坐标系，需要在Cy­clone 中对点云进行拼接及坐标转换， 将扫描点云 数据转拼接换至统一的城市坐标系下。（2） 点云去噪，由于拼接后完整的点云中包含

移动物体（车、人等）、构筑物及树木等，利用Cy­clone 软件中将非地形、地物数据删除，减少数据冗 余,处理后数据仅包含地表点。（3） 地形图及纵横断面绘制a. 地形图绘制，使用CloudWonc在CAD中绘 制1 : 500地形图。害井、树、杆等有规则形状的独

立地物，采用拟合中心的方法获取位置;路边线、

房屋等现状特征可以直接描边。b. 纵横断面绘制，将道路中线导入点云数据

中，在Cyclone中对点云进行切片，纵断面沿道路 中线做切片，横断面按桩号垂直中线做切片并将

切片数据输出绘制纵横断面。c. 对地形起伏较大区域可以用Cyclone生成 等高线，计算土方量。（4） 精度评定，使用全站仪对现场重要地物进

行测量，以此检查扫描成果的平面点位精度和高 程精度。3市政道路工程案例分析3.1工程概况某条道路进行大修，根据设计专业提供的测 量要求需提供1 : 500数字地形图、道路纵横断面 等，由于现场车流量较大，地形地物复杂,项目工

期较紧，综合考虑后决定采取Leica-P40三维激光 扫描仪进行外业扫描，内业结合Cyclone及CAD

等软件进行地形图、纵横断面绘制。3.2外业扫描扫描沿线布设有控制点，在控制点上设站扫

描将扫描坐标系转换至已知坐标系下。本次外业共扫描10站，扫描线路350 m,扫描测站沿线路均

匀分布，见图2。图2扫描沿线布设控制点3.3点云拼接及道路点云提取外业扫描结束后，将点云数据及控制点导入

Cyclone中，点云拼接具体实现采用控制点拼接和

标靶拼接,拼接完成后对点云进行去噪，剔除周边 冗余点云只留下道路点云。拼接及去道路点云模

型见图3~图5。图3点云拼接成果图5道路点云模型从拼图中可以看出，本次拼接最大拼接误差

为1.4 cm,多数误差在1 cm以内，拼接精度可以满 足该工程的需要。270成果应用城市道桥与防洪2019年6月第6期3.4地形图绘制利用拼接点云在Cyclone和CAD软件中绘制

道路1 : 500地形图及道路纵横断面。也可以直接 提取地形地物点及纵横断面数据以IXT格式导 出，在CAD软件中按照传统方式绘制地形图及纵 横断面。为了提高绘图效率，这里综合使用Cyclone 和CAD软件绘制地形图，然后将设计提供中线导

入点云中，利用Cyclone切片功能按照中线桩号对

拼接后点云进行切片获取纵横断面数据，见图6 ~ 图8。图6 1 : 500地瑋图图7纵断面图图8横断面图

3.5总横断面提取3.6精度评定根据项目要求本工程需提供1 : 500地形图

及道路纵横断面成果，为了验证地形地物点及纵

横断面的精度，这里对地形图部分地物点（如窖

井、房角点等）的平面位置精度、高程精度断面点 的高程精度进行验证。使用全站仪和水准仪采集

特征地物点，采集21点地物点高程,20点纵断面 点高程，在拼接后点云中提取对应点平面及高程 值进行精度分析，见图9~图11。20地物点平面埃差分布图 1 51 2 5 0 5

点号

图9地物点平面误差分布图地物点高程谀差分同图3.0弋s 2.01 0

■■韦yJ lb20—yj21\"fifi盘器 '

ihi yj2yj3.yj4,

yfyje yjz yj8 yJSyjio yji^yjiayjtfyj^ieyJi7 占is-3.0点号图10地物点高程误差分布图纵断両点高程谀差分布图值

图11纵断面高程误差分布图经过整理计算，地物检查点平面中误差7.61 cm,

地物检查点高程中误差为0.91 cm,纵断面高程中 误差为0.78 cm。从表中可以看出，地物检查点平

面误差分布在5 ~10 cm之间。地物检查点高程较 差分布在-3 cm~+2 cm之间,纵断面高程较差分布

在-1 cm~+2.5 cm之间。所有检查点平面及高程较

差的分布图，精度可以满足工程测量规范

（GB/50026—2007 ）1 ： 500 地形图要求。3.7数据量及工作效率对比传统方式进行道路地形及纵横断面测量时, 一般只采集明显地物点及纵横断面地形变化处地 形点，采集数据量有限，一般情况10个左右地形

点即表示一条横断面；而三维激光扫描通过非接 触测量的方式直接获取高精度道路地表三维点云

模型，设计阶段设计人员可以根据高精度的扫描

数据更精确的确定工作量及设计更好的方案，见

图12、图13。图42全站仪测畳纵横断面成果图13三维激光扫描纵横断面成果另外三维激光扫描技术可以人员作业强度，

减少作业时间，提高作业效率。该工程使用传统方

式作业外业测量（1 : 500地形图及纵横断面测量）

需要两个工作日，内业数据处理大约需一个工作

2019年6月第6期城市道桥与防洪成果应用271日，共采集地形点数据600个点；而使用扫描议外 业测量(外业扫描)仅需几个小时，外业效率极高， 内业数据处理时间相当，且数据量丰富。对于距离较远的窖井只能判断井位不能判断类

型。因此将三维激光扫描技术成熟应用于地形图 绘制还需要长期的研究。4结语运用三维激光扫描技术进行地形测量，能快

参考文献：[1] CH/Z3017—2015,地面三维激光扫描作业技术规程[S].速、详细的获取地形表面详细、真实的信息。与传

[2] 施贵刚.地面三维激光扫描数据处理技术及作业方法的研究[叨.

统地形测量手段相比，扫描仪快速获取海量点云 数据的特点，极大提高了外业测量工作效率，降低 外业测量工作的强度，将工作重点转移到内业。另 外本文通过将扫描仪测图与全站仪测图成果进行 对比分析，发现三维激光扫描仪的精度完全可以

上海:同济大学,2009.[3] 辛杰.三维激光扫描在地下空间建模的应用[D]•上海:同济大学，

2009.[4] 张靖,张爱能,刘国栋•三维激光扫描仪技术在地形测量中的应

用[J].西安科技大学学报,2014,34(2 ):199-203.[5] 胡奎,王丽英.三维激光扫描技术在精细地形图绘制中的应用[J].

满足地形图测绘的要求。目前还没有一套完整有效的基于点云数据的

辽宁工程技术大学学报(自然科学版)，2013,32( 7 ):953-956.[6] 张宏,胡明•三维激光扫描仪在地形测量中的应用[J].企业技术

开发,2007(8):16-19,25.[7] 代世威•地面三维激光点云数据质量分析与评价[D].陕西西安:

地形图绘制的方法，只能通过将数据在各个软件 之间转换、处理，最终绘制成地形图。并且还没有 完善的软件能够满足点云的各种非地形点剔除要 求，一般需要手动剔除大量的点云数据。另外扫描

长安大学,2013.[8] 谢宏全，侯坤•地面三维激光扫描技术与工程应用[M].湖北武

汉:武汉大学出版社,2013.[9] 朱清海，黄承亮，李凯.基于EPS 2008及地面三维激光扫描点

点云中只能分辨出距离较近的地面上窖井类型，

云数据进行断面线提取[J].城市勘测,2013(2):89-91.发展改革委印发城市排水防涝设施建设中央预算内投资

专项管理暂行办法为进一步加强和规范城市排水防涝设施建设中央预算内投资专项项目管理，提高资金使用效益，推 进中央预算内投资管理制度化、规范化、科学化，发展改革委研究制定了《城市排水防涝设施建设中央预

算内投资专项管理暂行办法》(以下简称《暂行办法》)O《暂行办法》明确，城市排水防涝设施建设中央预算内专项支持范围为:地下排水管渠、城市排涝除险

设施、城市数字化综合信息管理平台。国家发展改革委可根据有关工作部署要求、专项投资规模等，对年

度纳入专项投资支持范围的项目类型进行必要调整。《暂行办法》指出，本专项用于支持中部、西部、东北地区地市级及以下城市的排水防涝设施建设，补 助比例原则上按中部、西部、东北地区分别不高于项目总投资(不包括征地拆迁费用)的45%、60%、60%控 制。按照国务院关于城市排水防涝补短板工作部署，支持近年来城市内涝灾害严重、排水防涝设施建设任 务较重且已编制完成城市排水防涝设施建设规划的城市,在符合规划的前提下,优先支持已制定城市排

水防涝补短板实施方案的城市。对贫困地区和深度贫困地区等欠发达地区，省级发展改革部门分解转发

中央预算内投资计划时,补助标准根据相关规定适当加大资金支持力度。mountainous urban roads, and then introduces the material characteristics of bubble light composite soil and the main control factors of engineering construction in the mountainous cities. After the comparison of

engineering demands and the material property integrating degrees, this paper attempts to use the bubble light composite soil to solve the difficulties met in the high-fill design of mountainous urban roads, and finally verifies the results by the practical engineering cases and engineering design calculation.Keywords: mountainous city, old city area, high fill, bubble light composite soilApplication of Several Prediction Models in Setdement Monitoring of Seawall Section of Donghai Bridge ................

..............................................................................................................................…….… Huang Zhiwen ( 264 )

Abstract: The grey model system and the settlement-time prediction model (hyperbolic curve, exponential

function and power function) are introduced, and the fitting precision of these prediction models in the settlement monitoring of the seawall section of Donghai Bridge is emphasized. By comparing and analyzing the actual setdement data obtained from the different periods of the seawall section of Donghai Bridge and the

prediction data of several models, the result shows that the power function settlement-time prediction model

has good applicability in the setdement monitoring of the seawall section of Donghai Bridge.Keywords: seawall section, GM(1,1) model, predicted value, residual error, power function modelApplication of 3D Laser Scanning Technology in Municipal Road Engineering ........……… Yang Jianqiang ( 268 )Abstract： In the municipal road engineering, the traditional topographic measurement is low effective and

the field measurement work intensity is large. The 3D laser scanning technique has the advantages of fast

scanning speed, high resolution and non-contact measurement, and can quickly completely record the complex texture of the surface of the measured object. The application of 3D laser scanning technology in the

topographic surveying and mapping can reduce the field workload and effectively improve the efficiency of field measurement. Combined with the composition and working principles of 3D laser scanning system, this

paper optimizes the processing procedure and method of point cloud data, studies the technical characteristics

of 3D laser scanning technology used in municipal road engineering measurement, and analyzes the implementation process and effects with engineering examples. The study results show that the spatial point cloud data achieved by 3D laser scanning technology can quickly generate the topographic map, and the

vertical and horizontal sections required for the engineering design, and can effectively improve the field measurement efGciency.Keywords： 3D laser scanning, municipal road engineering, topographic measurement, section measurementTHE RELATIVE SPECIALITIESStandardized Section Design of Prefabricated Utility TunnelLi Jing ( 272 )