徐炳前，馬力

(廣州市城市規(guī)劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060)

1 引 言

竣工驗收測量是在建筑物建設完成后所進行的一項全方位的測量工作，其主要內(nèi)容包括：平面控制測量、高程控制測量、竣工地形圖的施測與制作、平面位置關系圖的繪制、建筑物面積量測等。針對城市竣工驗收測量而言，其主要任務是為城市規(guī)劃和管理提供必要的基礎地形圖和所需的規(guī)劃審批資料[1，2]。

目前城市竣工驗收測量主要為二維平面測量，隨著城市化發(fā)展腳步的加快，復雜建筑物越來越多，傳統(tǒng)的二維平面測量已不能滿足現(xiàn)代城市規(guī)劃管理的要求。三維激光掃描技術是近期迅速發(fā)展的一種測量新技術，它具有密度高、精度好、非接觸等特點，能夠快速、準確、高效地獲取被測對象的三維坐標。在傳統(tǒng)竣工測量的基礎上，通過三維量測和模型制作，可以實現(xiàn)三維竣工圖模型的同步構(gòu)建，以達到三維城市模型實時創(chuàng)建和動態(tài)更新的目的[3]。

2 工程概況及技術要求

2.1 工程概況

廣州市某項目中高層建筑物、會展中心部分垂直立面最高處達到近 110 m，且外輪廓復雜，采用全站儀設站觀測的方式較難采集到建筑物最高點處的高程，需要綜合應用激光測距儀、全站儀、三維激光掃描儀等多種儀器設備；同時考慮到聯(lián)排別墅數(shù)量多達30多幢，如采用傳統(tǒng)全站儀觀測耗時較長，本項目計劃采用三維激光掃描測量技術應用于部分高層、別墅外、會展中心立面的掃描測量。

2.2 主要技術指標

根據(jù)《城市測量規(guī)范》和《廣州市數(shù)字地圖測量技術規(guī)程》的要求，結(jié)合城市地籍測量中對界址點測量精度控制，竣工驗收測量要求竣工建筑物碎部點達到圖根點的精度：±5 cm，其他地形、地物不作為竣工驗收主體的滿足 1∶500比例尺地形圖測量的精度即可，次要建筑物的測量精度介于竣工建筑物和配套設施之間。高程精度：房屋高度的精度不低于 5 cm，地表高程注記點中誤差不大于 ±15 cm[4]。

3 全站儀數(shù)據(jù)采集與地形圖測繪

竣工測量成果的精度要求比普通的地形圖測繪要高，其表示的內(nèi)容也更加豐富和詳盡，常用的竣工驗收測量儀器有GPS，全站儀等。本項目中普通地形、地物采用常規(guī)全站儀數(shù)據(jù)采集模式：基于2007年建成覆蓋全廣州的“廣州市連續(xù)運行衛(wèi)星定位城市測量綜合服務系統(tǒng)(GZCORS)”進行控制測量，在CORS RTK控制點上布設圖根導線，然后采用全站儀極坐標法采集碎步點坐標。利用測區(qū)成果處理系統(tǒng)軟件進行圖根導線平差計算，在清華山維數(shù)字成圖系統(tǒng)成圖，成圖比例尺為 1∶500，廣州市規(guī)劃基礎信息化測繪平臺如圖1所示。

全站儀數(shù)字法測圖的工作流程和內(nèi)容：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、外業(yè)連線、數(shù)字化成圖、成果輸出和數(shù)據(jù)管理。在制圖過程中，點、線、面空間要素及共點、共邊要素應嚴格捕捉，并保證編碼正確，有向線劃、封閉面應嚴格按照有向線劃的數(shù)字化規(guī)則和面狀要素的閉合要求進行連線，以保證空間要素、空間屬性、空間關系的正確性及連線規(guī)則的一致性，杜絕縫隙、懸掛、交叉、重復等現(xiàn)象的發(fā)生，確保成果滿足《廣州市基礎地理空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)整理工作手冊》的要求[5，6]。

圖1 廣州市規(guī)劃基礎信息化測繪平臺

4 三維竣工測量數(shù)據(jù)采集及處理

4.1 三維數(shù)據(jù)采集

本項目采用RIEGL VZ-400型三維激光掃描儀，采集數(shù)據(jù)主要采用兩種方式：①單站絕對定向模式，利用廣州市連續(xù)運行衛(wèi)星定位城市測量綜合服務系統(tǒng)(GZCORS)和廣州市似大地水準面精化系統(tǒng)獲取圖根點坐標，三維激光掃描測站與靶標布設在圖根點上，設置掃描相應參數(shù)進行精描；②無靶標相對定向，采用無靶標方式，直接對驗收建筑物進行精描。項目共布設掃描站25個，采用標靶8個(均安置在建筑物的房角或者特征明顯的地物點上)，建筑物三維數(shù)據(jù)采集示意圖如圖2所示。

圖2 建筑物三維數(shù)據(jù)采集示意圖

4.2 掃描數(shù)據(jù)處理

對建筑物掃描完成后，由于掃描過程中難免存在測量噪聲點以及與測量目的無關的一些點云數(shù)據(jù)，因此必須進行點云數(shù)據(jù)的預處理工作，主要包括點云去噪、點云修補和點云配準等，預處理環(huán)節(jié)主要工作在掃描儀配套軟件RieGLRiscan中完成，再在Geomagic Studio中去噪與交互式操作補洞。數(shù)據(jù)配準工作采用兩種模式：①后視定向配準，對于起始測站采用靶標進行配準，輸入測站坐標和靶標坐標，采用SCENE中后視定向配準模塊進行配準，從而確定整個點云數(shù)據(jù)的實際坐標；②站間配準，首先要進行粗配，粗配結(jié)束，再采用軟件自動精確精配，為提高配準精度，配準誤差應在 0.01 m以內(nèi)，方可進行下一站配準，否則重新配準，各站數(shù)據(jù)配準之后的建筑物點云數(shù)據(jù)圖如圖3所示。

圖3 各站數(shù)據(jù)配準之后的建筑物點云數(shù)據(jù)圖

5 面積計算與成果輸出

項目采用切片法提取得到的每一樓層特征線，并通過輸出繪圖交換文件(DXF格式文件)，將其導入廣州市基礎地理信息工作站平臺EPS軟件，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)交換的無縫對接，基于廣州市城市規(guī)劃勘測設計研究院EPS開發(fā)平臺可進行建筑物面積計算、建筑物面積匯總、建筑物成果匯總，實現(xiàn)面積成果輸出的自動化。采用全站儀觀測計算建筑物7層外圍面積為 2 673.1 m2，三維激光掃描儀數(shù)據(jù)計算面積為 2 673.8 m2，面積相差 0.7 m2，滿足相關規(guī)范對竣工測量面積誤差小于1%的規(guī)定。建筑物面積計算略圖如圖4所示。

圖4 建筑物面積計算略圖

6 精度分析

本項目綜合采用三維激光掃描測量技術和全站儀觀測進行竣工驗收測量，表1給出了全站儀與三維激光掃描測量點位坐標對比情況，可見掃描測量坐標平面和高程精度中誤差均約為 2.0 cm，滿足測量規(guī)范中對竣工測量主要地物點點位及高程中誤差不應大于 5.0 cm的精度要求。表1檢測數(shù)據(jù)說明：三維激光掃描技術完全可以應用于建筑物竣工驗收測量，精度滿足《城市測量規(guī)范》的要求。通過工作量統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，利用三維激光掃描技術比常規(guī)方法減少了30%的外業(yè)工作量，有效降低了外業(yè)工作的強度，實現(xiàn)了將部分外業(yè)工作向內(nèi)業(yè)工作轉(zhuǎn)化的目的[7，8]。

全站儀與三維激光掃描測量點位坐標對比表 表1

7 結(jié) 論

本項目綜合應用全站儀、三維激光掃描儀對廣州某項目進行竣工驗收測量，通過與全站儀數(shù)據(jù)的對比分析，發(fā)現(xiàn)三維激光掃描測量的點位精度能夠滿足城市規(guī)劃驗收的要求。利用三維激光掃描儀和傳統(tǒng)測量儀器采集的測量數(shù)據(jù)，結(jié)合建筑竣工圖及相關規(guī)劃審批材料，可實現(xiàn)方便快捷地獲取竣工測量 1∶500現(xiàn)狀地形圖、建筑物平面位置關系圖、建筑物面積等測繪成果。