蔡伶波

摘 要：三維激光掃描技術(shù)是繼GPS技術(shù)之后，非常重要的一種新型測(cè)繪方法，其可以保證測(cè)量質(zhì)量， 同時(shí)建模效果也非常好，大大保證了測(cè)量的準(zhǔn)確程度，應(yīng)用范圍也非常廣。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描；房產(chǎn)測(cè)量；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

隨著城市的不斷發(fā)展，技術(shù)水平的不斷提升，建筑外觀(guān)越來(lái)越追求獨(dú)特性與個(gè)性化，這使得房產(chǎn)測(cè)繪難度逐步提升。在當(dāng)前形勢(shì)之下，傳統(tǒng)房產(chǎn)測(cè)繪技術(shù)已體現(xiàn)出越來(lái)越多的不足，所以需要引進(jìn)有效的測(cè)繪方法。三維激光掃描技術(shù)已日益成熟，能夠投入在高精度逆向項(xiàng)目的三維建模以及重構(gòu)之中。三維激光掃描技術(shù)不僅速度快，精準(zhǔn)度有保證，同時(shí)具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，可不與物體接觸，全數(shù)字化等，所以已經(jīng)被廣泛投入于軍事、公共服務(wù)、建筑以及救援等方面，特別是在建筑方面已經(jīng)獲得了很大的發(fā)展。通過(guò)三維建模以及重構(gòu)技術(shù)，利用高速三維掃描可以在短時(shí)間內(nèi)得到建筑項(xiàng)目的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)而生成建筑物相應(yīng)的三維模型。

1 三維激光掃描技術(shù)淺析

1.1 工作原理論述

三維激光掃描儀主要包括支架系統(tǒng)、激光掃描系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)幾部分，也涉及到儀器內(nèi)部校正以及數(shù)字?jǐn)z影系統(tǒng)，根據(jù)其工作原理的不同可以將其劃分為以下幾種掃描儀：首先是脈沖測(cè)距法掃描設(shè)備，其可以利用脈沖測(cè)距方法來(lái)對(duì)測(cè)量設(shè)備中心以及目標(biāo)點(diǎn)距離進(jìn)行測(cè)量；其次是相位干涉法掃描設(shè)備，其主要通過(guò)光學(xué)干涉技術(shù)來(lái)對(duì)設(shè)備中心以及目標(biāo)點(diǎn)距離進(jìn)行測(cè)量；最后是三角法掃描設(shè)備，其主要利用結(jié)構(gòu)化光源以及立體相機(jī)裝置得到的兩條光線(xiàn)，形成立體投影，并依據(jù)此來(lái)對(duì)測(cè)量設(shè)備以及目標(biāo)點(diǎn)距離展開(kāi)測(cè)量。

1.2 誤差來(lái)源

因?yàn)槿S激光掃描技術(shù)本身的原因以及環(huán)境的影響，使用三維激光掃描設(shè)備所獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)也會(huì)出現(xiàn)各種偶然誤差，通過(guò)對(duì)這些誤差進(jìn)行分析后，可以將其分為以下幾部分：掃描設(shè)備自身的誤差、反射面以及掃描幾何條件導(dǎo)致的誤差、外界環(huán)境誤差。

首先是掃描設(shè)備本身所導(dǎo)致的誤差。通過(guò)三維激光掃描設(shè)備所獲得的原始觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)有目標(biāo)物的影像數(shù)據(jù)、反射強(qiáng)度以及設(shè)備到目標(biāo)的空間信息，并且激光光束性質(zhì)、分辨率以及角度測(cè)量誤差等因素會(huì)對(duì)測(cè)量成果的精度產(chǎn)生影響。分辨率可以代表設(shè)備探測(cè)目標(biāo)所具有的最高解析能力，直接會(huì)關(guān)系到掃描的精度程度。隨著分辨率的提升，所獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)也會(huì)更加的密集，同時(shí)測(cè)量物具有的細(xì)部表征也會(huì)更為全面，然而隨著掃描時(shí)間的延長(zhǎng)，內(nèi)業(yè)處理的難度會(huì)隨之提升。反之所收集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)也比較稀疏，測(cè)量物細(xì)部表征則會(huì)難以表現(xiàn)，作業(yè)時(shí)間也會(huì)隨著縮短，所以需要根據(jù)房產(chǎn)測(cè)量工程的精準(zhǔn)度要求、場(chǎng)掃描環(huán)境，來(lái)對(duì)分辨率進(jìn)行科學(xué)的確定。

其次是反射面以及掃描幾何條件所導(dǎo)致的誤差。由于反射面粗糙度所造成的誤差。因?yàn)榧す饣夭ㄐ盘?hào)存在多值性，也就是設(shè)備每發(fā)射激光光束，就能夠接收到若干個(gè)反射回波信號(hào)，然而三維激光技術(shù)需要通過(guò)不同的手段來(lái)對(duì)反射信號(hào)進(jìn)行處理，同時(shí)一些設(shè)備只能夠?qū)Φ谝淮嗡祷鼗夭ㄐ盘?hào)進(jìn)行處理，一些設(shè)備能夠?qū)Φ谝淮我约白詈笠淮位氐幕夭ㄐ盘?hào)實(shí)施處理。使用不同的方式處理回波信號(hào)，會(huì)導(dǎo)致激光腳點(diǎn)位置出現(xiàn)偏差，并且反射面不平整度會(huì)逐漸的提升，出現(xiàn)的偏差也會(huì)更大。

最后是由于掃描幾何條件誤差所造成的誤差。所謂掃描幾何條件是在使用設(shè)備進(jìn)行掃描時(shí)其和測(cè)量目標(biāo)之間的空間位置關(guān)系，也就是掃描設(shè)備以及掃描目標(biāo)之間的距離，掃描設(shè)備所激光發(fā)射角度以及掃描目標(biāo)表面法向量?jī)烧咚霈F(xiàn)的夾角。隨著掃描距離的提升，環(huán)境對(duì)于激光光束的影響會(huì)不斷提升，測(cè)量準(zhǔn)確度也會(huì)隨著減弱；隨著入射角的提升，激光光斑也會(huì)隨之變大，而點(diǎn)位精度主要會(huì)受光斑大小的制約，所以隨著入射角的提升，測(cè)量準(zhǔn)確度會(huì)有所減弱。

2 基于房產(chǎn)測(cè)量實(shí)例探討三維激光掃描技術(shù)的具體應(yīng)用

某建筑項(xiàng)目的用地面積總共為20000m2，設(shè)計(jì)建筑面積達(dá)到了25000m2，外墻主要是由全景式玻璃幕墻組成，外立面在水平以及豎直方向上都呈現(xiàn)曲面漸變。盡管本項(xiàng)目的體量比較小，然而由于缺乏明顯特征點(diǎn)，若是利用常規(guī)測(cè)量手段，比如說(shuō)全站儀等則很難對(duì)建筑項(xiàng)目的外輪廓實(shí)施測(cè)量，同時(shí)由于在豎直方向上建筑呈現(xiàn)出曲面收縮狀態(tài)，計(jì)算每層房產(chǎn)面積的輪廓線(xiàn)以及各層的建筑底板時(shí)會(huì)出現(xiàn)不重合這一問(wèn)題，所以若是基于施工設(shè)計(jì)圖利用全站儀或者是測(cè)距儀則很難繪制有效的測(cè)量草圖。

為了達(dá)到相關(guān)規(guī)定要求，本房產(chǎn)測(cè)量項(xiàng)目通過(guò)CORS網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量方法實(shí)施測(cè)量作業(yè)。為了保證測(cè)量質(zhì)量，房產(chǎn)建筑的周邊應(yīng)當(dāng)設(shè)置總共6個(gè)一級(jí)控制點(diǎn)，同時(shí)為了使三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)具有更強(qiáng)的拼接精度，并且保證高程測(cè)量的精準(zhǔn)性，需要把周邊已經(jīng)存在的三等水準(zhǔn)點(diǎn)以及6個(gè)一級(jí)控制點(diǎn)實(shí)施聯(lián)測(cè)作業(yè)。從掃描模式上來(lái)看，本工程是絕對(duì)定向模式，需要把靶標(biāo)以及設(shè)備布置于一級(jí)控制點(diǎn)之中，同時(shí)使用相應(yīng)的參數(shù)，通過(guò)精掃模式來(lái)對(duì)房產(chǎn)實(shí)施掃描。

2.1 數(shù)據(jù)處理辦法

在通過(guò)三維激光掃描技術(shù)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)之后，首先需要點(diǎn)云去噪以及濾波。這是由于通過(guò)此技術(shù)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)量非常龐大，再加上測(cè)量時(shí)會(huì)收到玻璃透射、設(shè)備震蕩以及灌木遮擋等的影響，造成點(diǎn)云數(shù)據(jù)中存在或多或少的噪聲點(diǎn)，所以需要通過(guò)三維掃描設(shè)備自帶的處理程序來(lái)對(duì)相對(duì)較大的噪聲進(jìn)行處理；其次是需要保證點(diǎn)云配準(zhǔn)質(zhì)量。利用三維激光掃描所獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，因?yàn)闀?huì)受到環(huán)境以及設(shè)備視角的影響，所以應(yīng)多次設(shè)站才可以獲得一個(gè)完整的整體，之后需要把測(cè)站的坐標(biāo)設(shè)置在統(tǒng)一坐標(biāo)系之內(nèi)，并開(kāi)展點(diǎn)云配準(zhǔn)工作。針對(duì)本房產(chǎn)測(cè)量工程絕對(duì)定向模式，使用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，需要將測(cè)站坐標(biāo)以及靶標(biāo)坐標(biāo)精準(zhǔn)的輸入進(jìn)去，并通過(guò)后視定向配準(zhǔn)模塊逐站實(shí)施精確配準(zhǔn)，以使得配準(zhǔn)誤差不超過(guò)0.01m。

2.2 建筑層高以及房產(chǎn)面積的測(cè)算

在對(duì)建筑層高實(shí)施測(cè)量時(shí)，因?yàn)榻ㄖ饬⒚娉尸F(xiàn)出逐層縮進(jìn)狀態(tài)，并且各層的樓面輪廓線(xiàn)以及2.2m部位的輪廓線(xiàn)相互不重合，所以在進(jìn)行點(diǎn)云模型切片時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)各自的特征線(xiàn)進(jìn)行分別提取。為此需要對(duì)一級(jí)控制點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)布設(shè)，通過(guò)三角高程技術(shù)來(lái)對(duì)每層的樓面標(biāo)高實(shí)施有效測(cè)量，同時(shí)對(duì)所對(duì)應(yīng)2.20m標(biāo)高進(jìn)行計(jì)算。

在對(duì)房產(chǎn)面積實(shí)施測(cè)算時(shí)，首先需要對(duì)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，也就是對(duì)層高測(cè)量中所獲取的2.20m處標(biāo)高以及樓層標(biāo)高的點(diǎn)云數(shù)據(jù)實(shí)施拼接，并對(duì)X-Y面切面進(jìn)行有效處理，從而得到各個(gè)輪廓線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；其次需要進(jìn)行特征線(xiàn)的繪制，也就是在CAD繪圖程序中導(dǎo)入輪廓線(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而獲得房產(chǎn)輪廓線(xiàn)劃圖；最后在進(jìn)行房產(chǎn)面積計(jì)算時(shí)，需要對(duì)各層樓面輪廓線(xiàn)以及2.20m處輪廓線(xiàn)進(jìn)行疊加，并根據(jù)其交集來(lái)對(duì)此樓層的房產(chǎn)面積展開(kāi)計(jì)算，從而獲取房產(chǎn)總面積。

結(jié)語(yǔ)

三維激光掃描技術(shù)是傳統(tǒng)建筑測(cè)量技術(shù)所不能比擬的，其使用全局性的整體測(cè)量方法取代了傳統(tǒng)以點(diǎn)代面的測(cè)量技術(shù)，解決了人工測(cè)量方法中效率低以及精度低這一情況，特別是建筑立面元素很難測(cè)量這一情況得到解決。將其應(yīng)用在房產(chǎn)測(cè)量方面，可以使房產(chǎn)擁有者的利益得到維護(hù)，保證了房產(chǎn)的測(cè)量效率與質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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