三维激光扫描技术在土石方量测量中的应用开题报告

1. 研究目的与意义

随着国内经济的快速发展，基础设施建设方兴未艾。在工程施工中，一个重要的内容是土方量的计算。土方量的计算涉及施工前的设计阶段，需要对施工的土方量有一个总体的预算，这关系到工程费用的概算和各种方案的对比选优。在施工阶段，又涉及具体的土方量计算，这关系到土方挖掘和转运的相关费用结算。目前，计算土方量的方法很多，伴随着新技术的不断出现，如何利用现场测出的地形数据快速、准确、高效、轻松地计算出土方量结果，就成了人们日益关心的问题。

三维激光扫描技术是近年来出现的一门先进的测绘技术，基于空间点阵扫描技术和激光无反射棱镜长距离快速测距技术。三维激光扫描技术又称作高清晰测量，它是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面点的三维坐标信息、反射率、纹理等信息，将被测实体和场景的三维数据完整地采集到电脑中，进而快速复建出被测目标三维模型及线、面、体等图件数据。测量土石方量是工程施工前的一项很重要的工作，因为它直接关系到工程项目的资金预算，工作方案制定，资金分配等工作。然而传统测量方法测量土石方量能够测得的点位数量有限，精度、效率相对较低，此时充分体现出三维激光扫描技术测量的成本低、效率高的优势。随着三维激光扫描技术的出现，土方量计算有了新的更为快捷的途径。三维激光扫描技术作业效率远高于传统测量方法，并且所得数据能更为准确的反应出测区的实际地表情况。以现有的三维激光扫描技术能够达到土石方测量的精度要求，在地形复杂，特别是不规则的测区内有很大的应用前景。现有的激光扫描仪器测量距离和云数据处理仍是限制其应用的最大制约因素，这也将是以后三维激光扫描测量系统研究的必然方向。

2. 研究内容和预期目标

研究内容:

（1）三维激光扫描测量技术

地面三维激光扫描测量技术是继gps技术以来测绘领域的又一次技术突破，它使测绘数据的获取与处理方法及测行业的服务水平等进入了新的发展阶段。作为非接触式测量，三维激光测量具有数据获取速度快、实时性强、数据密度大、数据精度高、安全性高等特点，具有常规测量技术所不具备的巨大优势，这使得三维激光测量系统应用于很多工程，例如建筑物的变形监测、三维模型构建和修缮、特殊区域的地形数据采集等。

3. 研究的方法与步骤

三维激光扫描数据处理主要包括点云拼接、坐标转换、噪声点与植被剔除、数据重采样、点云数据导出等步骤。主要步骤：

（1）点云拼接与坐标转换

点云数据的拼接可以根据外业测量方法的不同分别采用标靶控制点法（可以任意设置测站，每个测站需要至少3个标靶），测站后视标靶法(测站点需架设在控制点上，每个测站需要至少2个标靶，其中1个用来定向，另外一个用来检核) ，根据重叠点云进行手动拼接的方法( 测站点需架设在控制点上，无需标靶) 等 3 种方法进行拼接。结合测区的实际情况，每个测站的点云数据的坐标转换精度，可以由检核标靶进行检验。三维激光扫描仪每站扫描的数据都是独立的自由坐标系统，扫描仪镜头为坐标系原点，扫描仪开机时的镜头朝向为x方向。处理数据时必须统一坐标系，需要将各测站数据进行拼接处理。利用标定参考标靶，相邻测站中的公共标靶名称必需保持一致。目前，拼接方式主要包括绝对方式、配对方式和全局方式。绝对方式需要先测量控制点的坐标，拼接时以控制点为基准进行拼接，实际操作较为麻烦，也增加了工作量。配对方式只需进行相邻扫描图之间的坐标转换，但不能控制整体的误差传播。一般采用全局方式进行拼接，全局方式是以某一扫描站为基准，通过同名点进行强制附和，从而将其他测站数据统一到基准坐标系。

4. 参考文献

[1]李滨.徕卡三维激光扫描系统在文物保护领域的应用[j].测绘通报，2008.

[2]李清泉.三维空间数据的实时获取、建模与可视化[m].武汉大学出版社，2003.

[3]田庆.地面激光雷达数据的分割与轮廓线提取[c].北京建工大学硕士论文,2008.

5. 计划与进度安排

一、研究工作准备阶段（2022.2.20——2022.3.24）：

2022.2.20——2022.3.15 论文主题研究现状分析，毕业论文相关规定、规范和要求学习。

2022.3.16——2022.3.24 略读主要参考文献，搜索相关参考文献，书写开题报告。