王剛 李琴 甘新輝

摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)和信息化建設(shè)的不斷進步和發(fā)展，三維立體掃描技術(shù)以其強大優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于地籍測量。本文以南通市通州區(qū)地籍測量為例，探討三維立體掃描技術(shù)在地籍測量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：三維立體掃描技術(shù)；地籍測量

為適應(yīng)我國新時代的發(fā)展需要，用傳統(tǒng)的全站儀、經(jīng)緯儀、水準儀測繪難以適應(yīng)如今地籍測量的需求，而三維立體掃描技術(shù)技術(shù)憑借著各種優(yōu)勢，在地籍測量上應(yīng)用越來越廣泛。

1三維立體掃描技術(shù)介紹

三維立體掃描技術(shù)是從測量對象中重建其三維數(shù)據(jù)和模型，通過高速激光掃描測量的方法，獲取目標的線、面、空間、體等三維立體數(shù)據(jù)并進行高精度的三維逆向建模。俗稱“實景復(fù)制技術(shù)”。

三維立體掃描儀的工作狀態(tài)與傳統(tǒng)全站儀功能類似，三維立體掃描儀也有測距、測角位移、定向和存儲等功能，因其獨有的掃描功能可快速獲取目標三維數(shù)據(jù)，比傳統(tǒng)全站儀更加快速全面用于測繪生產(chǎn)。其四大功能原理如下：

（一）測距；相位法、脈沖法、三角法是三種常用方式，相位法測距在于取得調(diào)制光信號從儀器到目標往返時的相位差，從而推算時間再計算距離，常用于變形監(jiān)測等精密測量；脈沖法則通過脈沖發(fā)射與接收計算時間差，推算距離，常用在三維激光掃描設(shè)備中；三角法主要利用三角形關(guān)系測距，常用在近景測量中。

（二）測角位移；線位移、角位移是兩種常用方法，前者主要利用由激光發(fā)生器、直角棱鏡、CCD 元件構(gòu)成的系統(tǒng)實現(xiàn)；后者利用由步進電機驅(qū)動的掃描儀實現(xiàn)，借助步距角和步數(shù)求出角位移大小。

（三）掃描；向測量區(qū)域發(fā)出掃描激光，通過激光的相位差或往返時間計算距離且借助內(nèi)部時鐘控制編碼器獲得縱向和橫向角度值便可計算出測量點的三維坐標

（四）定向；把掃描坐標系的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到大地坐標系，計算定向點的中心坐標，再對公共點坐標轉(zhuǎn)換，得到坐標系轉(zhuǎn)換需要的參數(shù)。

項目實施

2.1項目概況

南通市國土資源局通州分局為進一步貫徹國家各項文件精神，在全區(qū)范圍內(nèi)開展農(nóng)村建設(shè)用地調(diào)查工作。旨在深入實施節(jié)約集約“雙提升”行動計劃，加快推進農(nóng)村建設(shè)用地規(guī)模控制、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和布局調(diào)整，積極適應(yīng)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的要求，探索“人地掛鉤”政策，深化農(nóng)村土地制度改革。

南通市通州區(qū)濱江臨海，河道縱橫交錯，東部為中國“通州灣江海聯(lián)動開發(fā)示范區(qū)”，西部為南通濱江新區(qū)，南部連接世界級蘇通長江大橋，北部被公鐵兩用的滬通鐵路長江大橋穿境而過，4D級南通興東國際機場坐落于境內(nèi)。居民房屋基本臨河靠路建設(shè)，帶狀分布。尤其臨河一面輔助房屋較多，不規(guī)則分布，樹木遮擋嚴重，使用傳統(tǒng)作業(yè)方法效率不高，精度缺失比較嚴重。

上圖為三維掃描儀采集測區(qū)地籍數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)利用配套軟件成圖

2.2三維立體掃描技術(shù)的工作流程

車載三維掃描的作業(yè)流程為：準備工作、外業(yè)采集、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。其中在各個階段注意事項如下：

1、準備工作：在保證測量基站gps正常工作的前提下，對定位定姿系統(tǒng)（gps/imu）進行對準，并標定各傳感器合適的參數(shù)。如果在已經(jīng)控制點的情況下，采集到的數(shù)據(jù)為絕對坐標，若沒有已經(jīng)控制點，得到的數(shù)據(jù)均為相對坐標。檢查并確保各傳感器正常運行。根據(jù)已有地形資料，規(guī)劃設(shè)計好車輛行進的路線。

2、外業(yè)采集：作業(yè)開始前，采取試采集操作，檢查儀器運行是否正常，掃描儀是否在正確采集點云數(shù)據(jù)，全景相機拍照時是否有缺失照片，衛(wèi)星信號是否良好。在確保無誤的情況下，作業(yè)前后都需要進行靜止測量。

3、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理：由多個相機獲得的像片進行全景拼接，優(yōu)化因為拼接問題造成的房屋、道路、電線桿等目標物與實際不符的情況。道路兩側(cè)的目標地物信息，會被樹木、行人、車輛等遮擋住所需的目標地物信息，這些冗余數(shù)據(jù)需要去除后，才能得到真正需要的點云數(shù)據(jù)。

2.3成果展示

3結(jié)論

3.1三維立體掃描技術(shù)優(yōu)點

3.1.1現(xiàn)場測繪時間短、工作量小、數(shù)據(jù)全面。

與傳統(tǒng)全站儀和GPS-RTK技術(shù)采集數(shù)據(jù)相比，三維立體掃描技術(shù)無需設(shè)站，通過傳感器可以在短時間內(nèi)獲得盡多數(shù)據(jù)。同時因三維立體掃描技術(shù)獨有的特點，可輕松獲得測區(qū)完整三維立體數(shù)據(jù)，解決傳統(tǒng)儀器采集數(shù)據(jù)單一，地形地區(qū)數(shù)據(jù)不連續(xù)等缺點，從而實現(xiàn)國家云計算和大數(shù)據(jù)計劃。

3.1.2精度滿足要求。

精度是技術(shù)的核心，快速全面的同時就考查精度，而三維立體掃描技術(shù)用于測繪工程的精確度足以滿足各項工程的設(shè)計和施工的要求。實踐證明使用三維激光掃描儀進行測量時測量點間距可達mm級，其測量出點的密度比常規(guī)儀器大得多，所需加密的點更少，不考慮儀器精度等因素影響時其精度更高。

3.2三維立體掃描技術(shù)缺點

3.2.1造價高且硬件和軟件沒有統(tǒng)一

相關(guān)測量設(shè)備售價過高，維修保養(yǎng)成本比較大，不利于生產(chǎn)單位做普通測量項目投入。生產(chǎn)廠家在市場上為了競爭，各自設(shè)計點云數(shù)據(jù)處理硬件和軟件，不可兼容，不利于資源共享，互相轉(zhuǎn)換。

3.2.2專業(yè)人員隊伍建設(shè)不足

目前三維立體掃描技術(shù)認證處于市場調(diào)整階段。各大中專院校開設(shè)的測繪類專業(yè)沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)，相關(guān)掃描專業(yè)也沒有學(xué)習(xí)測繪技術(shù)。生產(chǎn)人員均是參加廠家短期培訓(xùn)，對技術(shù)的掌握不高。技術(shù)成熟的三維立體掃描技術(shù)內(nèi)外業(yè)工作人員占單位總技術(shù)人員比例相對較少。

3.2. 掃描儀精確度校正和檢查較困難

單一的校正檢查方法以及復(fù)雜的校正基準數(shù)值選取造成了評定精確度的困難，并且精確度和測距、掃描速率很難均衡更加劇了作業(yè)難度。

3.3三維立體掃描技術(shù)在地籍測量應(yīng)用的改進措施

3.3.1建立健全相關(guān)市場制度

政府要出臺相關(guān)品牌質(zhì)量準入制度，維護市場秩序，協(xié)調(diào)統(tǒng)一硬件和軟件，整合資源，真正達到云計算和大數(shù)據(jù)共享。

3.3.2加大各行業(yè)合作，提高技術(shù)能力

三維立體掃描儀生產(chǎn)廠家要和國內(nèi)外先進的測量廠家、攝影機等生產(chǎn)廠家以及測量生產(chǎn)單位合作，各行齊力協(xié)作，共同促進技術(shù)完善，以達到新時達測繪發(fā)展要求。

3.3.3提高隊伍專業(yè)素質(zhì)

各生產(chǎn)單位和高校，建立良性的校企合作。如建筑類、測繪類和掃描類、攝影類等相關(guān)專業(yè)應(yīng)該互相融合。鼓勵科技部門加大投入，在全國范圍內(nèi)廣泛開展三維立體掃描測繪技術(shù)培訓(xùn)，加強技術(shù)的專業(yè)建設(shè)，提高隊伍專業(yè)素質(zhì)。

總之，各行業(yè)和政府要在國家大建設(shè)中，按照世界標準制定國家標準，同心協(xié)力，聯(lián)合制造出性價比更高，精度效率均衡，系統(tǒng)統(tǒng)一便于資源共享等符合新時代測繪工程需求的三維立體掃描測量儀器，以此展開到各行業(yè)，促進國家繁榮昌盛。

參考文獻

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（作者單位：1.江蘇省地質(zhì)測繪院；2.江西應(yīng)用工程職業(yè)學(xué)院）