謝耀春

（柳州市勘察測(cè)繪研究院有限公司，廣西 柳州 545007）

規(guī)劃核實(shí)對(duì)建設(shè)單位而言是竣工驗(yàn)收環(huán)節(jié)一項(xiàng)重要內(nèi)容，其中又以地形測(cè)繪為核心。地面三維激光掃描能高效且精準(zhǔn)的獲得目標(biāo)點(diǎn)云坐標(biāo)信息，在不同的測(cè)量項(xiàng)目當(dāng)中逐漸得到廣泛應(yīng)用。地面三維激光掃描的工作原理為借助掃描儀發(fā)出激光，然后以激光從反射到接受經(jīng)歷的時(shí)間為依據(jù)通過計(jì)算確定和目標(biāo)之間的距離，然后根據(jù)水平及垂直方向間隔距離及角度，通過進(jìn)一步計(jì)算得出目標(biāo)點(diǎn)位對(duì)應(yīng)的三維坐標(biāo)，由大量矢量點(diǎn)構(gòu)成點(diǎn)云，在設(shè)備中存儲(chǔ)。

1 地面三維激光掃描儀

目前常用的地面三維激光掃描儀型號(hào)為Trimble TX8，它將測(cè)量與影像等諸多功能集于一體，采用單個(gè)儀器方可對(duì)高精度數(shù)據(jù)予以捕獲，實(shí)現(xiàn)高速三維掃描，在有效測(cè)程之內(nèi)，以每秒100萬個(gè)精確激光點(diǎn)的速度獲取數(shù)據(jù)。Trimble Tx8 簡(jiǎn)化了內(nèi)業(yè)工作，掃描儀純凈、低噪聲的數(shù)據(jù)大大減少了內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理所需的時(shí)間。其獲取的數(shù)據(jù)可以直接導(dǎo)入到RealWorks，同時(shí)RealWorks軟件還可以提供高效數(shù)據(jù)流到各種主流的CAD 及清華三維EPS軟件。

2 規(guī)劃核實(shí)對(duì)地形測(cè)繪的基本要求

測(cè)區(qū)范圍內(nèi)地形測(cè)繪需要實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，對(duì)竣工建設(shè)項(xiàng)目及周邊地形圖測(cè)繪、建筑物平面位置、建筑物高程高度、建筑物立面與剖面進(jìn)行測(cè)量等等，在地形測(cè)繪過程中，應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)范的規(guī)定做好外業(yè)測(cè)繪，所有需要進(jìn)行實(shí)測(cè)的地物必須采集數(shù)據(jù)點(diǎn)，避免遺漏。對(duì)于所有新建房屋及其各類附屬設(shè)施都要進(jìn)行實(shí)測(cè)，而且建筑的凹凸部分還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來表示，不能在實(shí)測(cè)中舍去。

3 外業(yè)采集數(shù)據(jù)

3.1 控制測(cè)量

對(duì)于美景華庭規(guī)劃核實(shí)測(cè)量，兩種方法布設(shè)首級(jí)控制點(diǎn)基本相同，利用柳州市勘察測(cè)繪研究院有限公司已成熟的網(wǎng)絡(luò)cors站對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行控制點(diǎn)布設(shè)，至少聯(lián)測(cè)3 個(gè)高等級(jí)控制點(diǎn)，高等級(jí)控制點(diǎn)所組成的控制點(diǎn)圖形應(yīng)對(duì)相關(guān)的RTK 流動(dòng)站有足夠的控制面積。在流動(dòng)站可以連續(xù)顯示固定不變的解以后，方可進(jìn)行平面控制測(cè)量，此時(shí)各控制點(diǎn)應(yīng)單獨(dú)完成二次初始化，在每次初始化過程中都要得出兩組數(shù)據(jù)，其中每一組數(shù)據(jù)都要采集10 個(gè)以上歷元數(shù)，當(dāng)4 組數(shù)據(jù)均能達(dá)到定位較差要求時(shí)，即可從中選擇1 組，也可采用4 組數(shù)據(jù)的平均值。傳統(tǒng)的測(cè)量方法所需要的控制點(diǎn)相對(duì)較密集。且點(diǎn)與點(diǎn)之間必須通視。而采用Trimble TX8地面三維激光掃描對(duì)該小區(qū)東地塊進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集時(shí)，只需在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)布設(shè)3～4 個(gè)控制點(diǎn)即可，且無須通視要求。

3.2 測(cè)站選擇

利用無棱鏡全站儀對(duì)小區(qū)進(jìn)行傳統(tǒng)的測(cè)量方法在設(shè)站方面需要注意設(shè)置在視野開闊、地面穩(wěn)定的安全區(qū)域，嚴(yán)格控制支站數(shù)，以保證測(cè)量精度。

利用地面三維激光掃描需要考慮注意設(shè)置在視野開闊、地面穩(wěn)定的安全區(qū)域，掃描區(qū)域應(yīng)覆蓋這個(gè)掃描目標(biāo)物，設(shè)站均勻且盡量減少設(shè)站數(shù)量，但是遇見目標(biāo)物結(jié)構(gòu)復(fù)雜、通視困難或線路有拐角的情況應(yīng)適當(dāng)增加掃描站，必要時(shí)可搭設(shè)平臺(tái)架設(shè)掃描站。

3.3 標(biāo)靶布設(shè)

傳統(tǒng)測(cè)量方法無須這一項(xiàng)工作程序，在使用Trimble TX8 地面三維激光掃描儀進(jìn)行建筑規(guī)劃核實(shí)測(cè)量中也無須這項(xiàng)工作程序。RealWorks 軟件會(huì)根據(jù)兩次設(shè)站掃描數(shù)據(jù)的重復(fù)特征點(diǎn)自動(dòng)拼接圖形。而在地形測(cè)量，無明顯重合征點(diǎn)時(shí)就需要標(biāo)靶布設(shè)，作為現(xiàn)場(chǎng)的特征點(diǎn)為下一站掃描做鋪墊。

標(biāo)靶布設(shè)在掃描過程中作為一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其主要目的在于將掃描完成后得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集中至相對(duì)坐標(biāo)系。對(duì)此，在實(shí)際的布設(shè)過程中應(yīng)充分考慮網(wǎng)形實(shí)際情況，因?yàn)閷?shí)際布設(shè)精度會(huì)對(duì)點(diǎn)云拼接精度造成很大的影響。靶標(biāo)與測(cè)站之間應(yīng)達(dá)到通視，且兩者的間隔距離不能太大，通常不能超過50m。另外，對(duì)公共標(biāo)靶與測(cè)站進(jìn)行布設(shè)的過程中，不可處在同一條直線，其目的在于保證坐標(biāo)轉(zhuǎn)換結(jié)果的精度。在整個(gè)掃描區(qū)域內(nèi)，標(biāo)靶的布置必須達(dá)到均勻，同時(shí)還要做到高低錯(cuò)落，兩個(gè)相鄰的測(cè)站，其公共標(biāo)靶數(shù)量應(yīng)達(dá)到3 個(gè)以上。在條件允許的情況下可直接將地物特征點(diǎn)等作為標(biāo)靶。

3.4 數(shù)據(jù)采集

采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，采用單點(diǎn)測(cè)量方式，對(duì)于所測(cè)建筑物，需要不斷地對(duì)儀器進(jìn)行操作，反復(fù)對(duì)特征點(diǎn)測(cè)量，如遇不規(guī)則建筑物，現(xiàn)場(chǎng)無法確定特征點(diǎn)，則需要測(cè)量更多的點(diǎn)，來保證后期數(shù)據(jù)處理的需要，工作量大且煩瑣，效率不高。

采用Trimble TX8 地面三維激光掃描進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，只需對(duì)中、整平、開機(jī)、掃描即可。根據(jù)工程需要可以設(shè)置每一站的掃描密度，對(duì)于該工程，設(shè)置的掃描時(shí)間為4min 一站。對(duì)于掃描分辨率，應(yīng)達(dá)到30m 之內(nèi)不低于6mm，實(shí)際掃描范圍必須覆蓋整個(gè)目標(biāo)，當(dāng)目標(biāo)復(fù)雜程度較高或覆蓋比較困難時(shí)，須增加測(cè)站的數(shù)量，使相鄰測(cè)站點(diǎn)云數(shù)據(jù)實(shí)際重疊率達(dá)到30%以上，而部分比較困難的地區(qū)，重疊率應(yīng)達(dá)到15%以上。對(duì)于布設(shè)了標(biāo)靶的測(cè)站，應(yīng)做好標(biāo)靶識(shí)別及精掃，將點(diǎn)云掃描完畢后，做好影像采集，在掃描結(jié)束后將布設(shè)的標(biāo)靶撤走。

3.5 數(shù)據(jù)檢查

在地面三維激光掃描過程中，數(shù)據(jù)檢查也是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。每完成一次掃描，均立即開始數(shù)據(jù)檢查，需要的內(nèi)容包括：檢查數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是否到位；檢查是否能順利打開灰度圖；檢查掃描區(qū)域是否全面；檢查是否對(duì)標(biāo)靶進(jìn)行掃描；檢查是否有噪點(diǎn)存在，并確定噪點(diǎn)的存在對(duì)正常使用是否有影響。若檢查未通過，則要對(duì)相應(yīng)的區(qū)域重新實(shí)施檢測(cè)。當(dāng)區(qū)域相對(duì)較大時(shí)，可重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

3.6 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

傳統(tǒng)測(cè)量方法的數(shù)據(jù)處理需把外業(yè)點(diǎn)展入CASS 中，將外業(yè)測(cè)量點(diǎn)號(hào)按照外業(yè)編碼及草圖一一連接起來。這樣該小區(qū)西面地塊外業(yè)測(cè)量了將近2000 個(gè)外業(yè)點(diǎn)號(hào)，對(duì)于內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理要用2～3d 的時(shí)間來清理圖面。

采用地面三維激光掃描的數(shù)據(jù)包括（TCF 圖像文件、TZF 測(cè)站數(shù)據(jù)文件）直接導(dǎo)入RealWorks 軟件中，通過RealWorks 軟件對(duì)項(xiàng)目管理進(jìn)行多測(cè)站點(diǎn)云自動(dòng)拼接、坐標(biāo)系管理、點(diǎn)云去噪與分類、點(diǎn)云取樣抽稀、測(cè)距、三維點(diǎn)云展示、三維建模等，最終形成絕對(duì)坐標(biāo)系中的空間位置坐標(biāo)的Las 格式的點(diǎn)云數(shù)據(jù)（見圖1），將點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入清華三維EPS 三維測(cè)圖軟件中點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，生成在室內(nèi)基于實(shí)景三維模型進(jìn)行地理要素采集，快速制作DLG 數(shù)字線劃圖。然后利用三維測(cè)圖軟件的切片功能（見圖2）結(jié)合設(shè)計(jì)圖，完成每一層的分層示意圖。采集完成后對(duì)內(nèi)業(yè)無法判別及遮擋的要素進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪和補(bǔ)測(cè)，調(diào)繪結(jié)束后對(duì)DLG 圖面進(jìn)行圖幅整飾，形成最終符合規(guī)劃核實(shí)測(cè)量要求的數(shù)字化地形圖。

圖1 小區(qū)局部總平圖展示

圖2 4#樓第一層平圖

4 結(jié)語

綜上所述，地面三維激光掃描儀在規(guī)劃建筑核實(shí)測(cè)量工作中除了能保證數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性高、全面性高、自動(dòng)化程度高、受外界環(huán)境影響小，還能大幅提高工作效率，降低野外工作量，提升生產(chǎn)效率，節(jié)約了勞動(dòng)成本。隨著地面三維激光掃描儀技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，充分利用地面三維激光掃描儀技術(shù)在各種不規(guī)則建筑物中、文物的三維掃描存檔、超大建筑物群體規(guī)劃核實(shí)測(cè)量中價(jià)值，值得在廣大的測(cè)量工作者范圍推廣應(yīng)用。