周佳佳

摘要：施工單位進場后的一項重要工作是場地原始地面方格網(wǎng)的測設(shè)，目的在于記錄原始地貌現(xiàn)狀，確定整個場地或局部區(qū)域平均標(biāo)高，為場地平整或基坑開挖土方工程量結(jié)算提供客觀依據(jù)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集基本為基于點的模式，即用全站儀、GPSRTK獲取離散點的三維坐標(biāo)。本文對三維激光掃描測量在老宅保護中的應(yīng)用進行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描;老宅保護;測量應(yīng)用

引言

近年來，非接觸式測量技術(shù)的發(fā)展在適應(yīng)更多復(fù)雜測量環(huán)境、高效準(zhǔn)確獲得被測目標(biāo)的表面輪廓信息等方面體現(xiàn)出了獨特的優(yōu)越性，尤其以三維激光掃描測體積技術(shù)為代表的非接觸式體積測量方式在采礦、林業(yè)、建筑、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中的應(yīng)用已逐漸嶄露頭角。

1傳統(tǒng)測量方法

采用傳統(tǒng)測量方法主要任務(wù)包括：地上控制測量、聯(lián)系測量、地下控制測量、地下空間數(shù)據(jù)獲取等。地上控制點可以利用網(wǎng)絡(luò)實時動態(tài)載波相位差分技術(shù)（Real-TimeKinematic，RTK）布設(shè)控制點，也可以根據(jù)現(xiàn)場情況布設(shè)導(dǎo)線點。因為地下空間出入口位置是固定的，為了提高地下控制點的精度，盡量在出入口附近布設(shè)控制點。高程采用水準(zhǔn)儀聯(lián)測附近已知高程點。

2三維激光掃描技術(shù)原理

2.1激光三角法

激光三角法顧名思義就是利用相似三角形原理，結(jié)合激光傳感器來計算得到待測物體表面與參考面之間的距離，再根據(jù)提前標(biāo)定好的設(shè)備坐標(biāo)等來獲得物體表面坐標(biāo)，廣泛應(yīng)用于高精度工業(yè)檢測領(lǐng)域。陶依貝利用基于激光三角法原理的激光掃描系統(tǒng)測量傳送帶物料體積，并經(jīng)過現(xiàn)場實驗驗證測量結(jié)果的誤差在3%以內(nèi)，證明基于該原理測量的可行性、可靠性。該方法與飛行時間法相比成本低，且測量范圍廣、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便，是一種高速、高效、高精度、應(yīng)用前景廣闊的非接觸測量方法，但由于相似三角形測距的原理，隨著測量距離的增大，誤差也會越來越大，這也是激光三角法的局限性，難以改變。

2.2雙目體視法

雙目體視法與前面三種方法不同，是唯一的一種被動式測量方法，通過模仿人的兩只眼睛來獲取兩個視圖信息，通過視差計算對待測物體進行定位。由于檢測環(huán)境多變，檢測系統(tǒng)各器件之間的位置關(guān)系也會影響到檢測結(jié)果，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，工作前對系統(tǒng)進行標(biāo)定是很有必要的，目前使用最多的標(biāo)定方法為張正友標(biāo)定法。測量設(shè)備中需要有兩個高分辨率相機，工作時同一個物體在兩個相機內(nèi)成像，實現(xiàn)定位的最主要步驟為坐標(biāo)點的匹配，即為物體表面一點在兩個相機中的位置匹配，通過同一點在兩相機中的位置坐標(biāo)來計算物體表面點的坐標(biāo)信息，所以匹配的越精確，獲得的物體表面坐標(biāo)信息就越準(zhǔn)確。毛琳琳利用該原理設(shè)計了大堆物料測量平臺，可實現(xiàn)對大堆物料的三維重構(gòu)和體積計算，并通過實驗驗證該平臺滿足實際應(yīng)用要求和操作需要。雙目體視法優(yōu)點是成本較低的同時理論精度高，但也容易受到環(huán)境光干擾，在一些環(huán)境光強的場景中難以發(fā)揮出優(yōu)勢。

3三維激光掃描儀的特點

三維激光掃描技術(shù)，被譽為測繪領(lǐng)域繼GPS技術(shù)之后的一次技術(shù)革命，也被稱為從單點測量進化到面測量的革命性技術(shù)突破。它通過高速激光掃描測量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測對象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。具有快速性、不接觸性、穿透性，實時、動態(tài)、主動性，高密度、高精度，數(shù)字化、自動化等特性。每秒可輕松、精確獲取數(shù)萬點至數(shù)十萬點三維坐標(biāo)點云數(shù)據(jù)，快速建立物體的三維影像模型。

4應(yīng)用案例

4.1技術(shù)流程

（1）現(xiàn)場踏勘老宅測量前應(yīng)前往現(xiàn)場了解情況，大概掌握老宅房屋現(xiàn)狀、主要結(jié)構(gòu)布局及周邊的地形、地貌等。手繪現(xiàn)場草圖，并收集老宅所在位置的地形圖、影像圖、控制點、水準(zhǔn)點等可利用數(shù)據(jù)。（2）方案設(shè)計根據(jù)現(xiàn)場踏勘了解的情況、現(xiàn)場草圖和收集到的地形圖、影像圖等資料，初步設(shè)計園區(qū)內(nèi)部控制點布設(shè)位置和三維激光掃描儀測量架站路線。（3）控制點布設(shè)根據(jù)CJJ/T8-2011《城市測量規(guī)范》、GB50026-2007《工程測量規(guī)范》等規(guī)范規(guī)程要求布設(shè)平高控制點，平面采用GNSSRTK測量方法布設(shè)三級平面控制點，高程控制測量宜采用水準(zhǔn)測量、電磁波測距三角高程測量和GNSS高程測量等方法?？刂泣c至少布設(shè)4個，其中3個用于掃描拼接后的點云進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，1個控制點用來檢驗轉(zhuǎn)換精度。RTK平面控制測量結(jié)束需要進行不少于控制點點數(shù)10%，不低于3個的重復(fù)測量檢查，并采用全站儀對控制點進行邊角檢核。（4）現(xiàn)場測量根據(jù)設(shè)計的測量方案現(xiàn)場布置掃描，并采用全站儀采集部分墻體等特征點驗證點云測量精度。（5）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理主要包括點云數(shù)據(jù)傳輸、點云拼接、RTK選點處理、水準(zhǔn)平差、全站儀碎部點解算、點云坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等。（6）質(zhì)量檢查使用控制檢驗點和全站儀采集的特征點對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的點云數(shù)據(jù)進行精度檢查，驗證點云拼接、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的精度和可靠性。（7）繪制平立剖面圖根據(jù)拼接和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的點云繪制老宅的平面圖、立面圖、剖面圖。（8）三維建模為了長久保留老宅的建筑結(jié)構(gòu)資料，也為了更加直觀地還原老宅的容貌，幫助以后修復(fù)及BIM改造，可利用點云數(shù)據(jù)及平立剖圖對老宅進行三維精建模。

4.2三維激光掃描測量

現(xiàn)場掃描采用FAROS350三維激光掃描儀，布設(shè)方式采用由外向內(nèi)的逐站推進，共架設(shè)158站，無靶球靶紙的相鄰測站至少有30%的點云重疊度。因掃描的老宅含有前廳、洗手間、東廂房、西廂房、廚房、涼亭、檐廊、書房、正房等房間，房間數(shù)量眾多。為了詳細(xì)測繪每一處的房屋結(jié)構(gòu)及后續(xù)點云拼接，一般在門前、門下及門后各架設(shè)一站。此外，為了可以掃描到屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，在老宅臨近房屋陽臺處架設(shè)掃描儀，向下進行掃描，通過在地面上布設(shè)3個以上不同高度且不在同一平面上的靶球，利用靶球特征點將陽臺上的測站與地面測站聯(lián)系起來。

結(jié)束語

在建設(shè)用地越來越稀缺的同時，城市空間也變得越來越寶貴，其合理開發(fā)利用可以為人們帶來更多生活便利。而開發(fā)利用的前提是對其進行全方位的測繪，傳統(tǒng)的空間測量方法是內(nèi)業(yè)數(shù)字化和實測相結(jié)合的方式，根據(jù)建筑設(shè)計圖、竣工圖等進行掃描數(shù)字化，對空間實際情況進行實地核實測量，對變動較大的重新測繪。

參考文獻

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