彭維祥

（漳州市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，福建 漳州 363000）

隨著國(guó)家“放管服”改革的重大決策的實(shí)施，《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于全面開展工程建設(shè)項(xiàng)目審批制度改革的實(shí)施意見》（國(guó)辦發(fā)〔2019〕11號(hào)）明確指出“多測(cè)合一”制度的實(shí)施方向。在漳州市區(qū)，規(guī)劃核實(shí)測(cè)量已整合綠地測(cè)量和地下管線測(cè)量，而用地復(fù)核測(cè)量和人防測(cè)量是可利用規(guī)劃核實(shí)測(cè)量中的數(shù)據(jù)進(jìn)行完成。此階段的“多測(cè)合一”主要任務(wù)則是實(shí)現(xiàn)規(guī)劃核實(shí)測(cè)量與不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪完成同一標(biāo)的物只測(cè)一次的目的。隨著多測(cè)合一的實(shí)行，以及漳州市相關(guān)審批部門對(duì)規(guī)劃核實(shí)測(cè)量成果中建筑物的分層平面圖提出了新的要求，需要在分層平面圖上增加內(nèi)、外部墻體及柱體的繪制。隨著測(cè)量要求及內(nèi)容的增加和政策的推進(jìn)，如何快速高效地進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，繪制更高精度的成果圖已成為當(dāng)前的研究的熱門。

當(dāng)下“多測(cè)合一”項(xiàng)目中大多采用GNSS-RTK配合全站儀測(cè)繪以及結(jié)合無人機(jī)輔助測(cè)量的方法，此方法受作業(yè)環(huán)境影響較大，數(shù)據(jù)采集效率低等局限性。相較于傳統(tǒng)的作業(yè)方式，三維激光掃描點(diǎn)云實(shí)景技術(shù)以其全要素高精度、高分辨率、高效率采集的特點(diǎn)，能夠滿足“多測(cè)合一”項(xiàng)目的技術(shù)和時(shí)限要求，文章將結(jié)合具體實(shí)例闡述三維激光掃描儀結(jié)合傳統(tǒng)測(cè)量方式在“多測(cè)合一”項(xiàng)目中的具體應(yīng)用。

1 基本概述

1.1 背景介紹

規(guī)劃核實(shí)測(cè)量工作內(nèi)容包括竣工總平面圖測(cè)繪、面積測(cè)算、建筑高度測(cè)算、建筑間距測(cè)算、建筑退讓紅線距離測(cè)算、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)測(cè)算和規(guī)劃比對(duì)等內(nèi)容；房屋的不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪包含不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查、房屋調(diào)查、房產(chǎn)測(cè)繪等內(nèi)容。這兩項(xiàng)測(cè)繪任務(wù)基本屬于所有測(cè)繪任務(wù)中最后兩項(xiàng)，隨著“多測(cè)合一”改革的推進(jìn)，越來越多的規(guī)劃核實(shí)測(cè)量與動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪被一同委托。

在這兩項(xiàng)測(cè)繪任務(wù)中，都存在建筑物的測(cè)繪，同時(shí)根據(jù)國(guó)家規(guī)程及地方要求，對(duì)于建筑物的測(cè)量要求大致相同，高效率、高精度的完成建筑物的測(cè)量成為當(dāng)前任務(wù)的重點(diǎn)。而三維激光掃描儀正好能滿足這些要求，本次將三維激光掃描儀應(yīng)用于具體項(xiàng)目中，詳細(xì)介紹建筑物測(cè)繪的流程，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)從而更好地了解其在“多測(cè)合一”項(xiàng)目中的表現(xiàn)。

1.2 項(xiàng)目概況

該幢建筑物屬于某新建項(xiàng)目，總規(guī)劃用地面積約5 490 m2，該幢建筑物面積約5 300 m2。由于是剛建好的建筑物，測(cè)區(qū)內(nèi)主要以建筑物、內(nèi)部道路以及部分低矮綠化植被為主，場(chǎng)區(qū)不存在高大遮擋物，測(cè)量條件較好，比較適合三維激光掃描儀進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)該建筑物存在地下室，地上建筑隔間較多，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，一、二、三層結(jié)構(gòu)均不相同，三、四層結(jié)構(gòu)類似，能更好地驗(yàn)證三維激光掃描儀的效果。

1.3 設(shè)備簡(jiǎn)介

此次采用FARO FocusS 350進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，它是一款高速三維激光掃描儀，適用于詳細(xì)的測(cè)量和文件記錄，采用激光技術(shù)，能夠在幾分鐘內(nèi)為復(fù)雜的環(huán)境和幾何圖形制作出細(xì)節(jié)豐富的三維圖像。它的工作原理是將紅外線激光束射到旋轉(zhuǎn)光學(xué)鏡的中心。該光學(xué)鏡將使激光光束在圍繞掃描環(huán)境垂直旋轉(zhuǎn)的方向上產(chǎn)生偏差；之后將周圍對(duì)象的散射光反射回掃描儀。在測(cè)量距離時(shí)，激光掃描儀采用相位偏移技術(shù)，在該技術(shù)中，從掃描儀持續(xù)向外投射不同波長(zhǎng)的紅外光。當(dāng)接觸到對(duì)象后，會(huì)反射回到掃描儀。通過測(cè)量紅外線光波的相位偏移，即可準(zhǔn)確判斷掃描儀到對(duì)象的距離。借助特殊的調(diào)制技術(shù)，HYPERMODULATIONTM可大幅提高調(diào)制信號(hào)的信噪比。之后，通過使用角度編碼器測(cè)量的鏡像旋轉(zhuǎn)和水平旋轉(zhuǎn)，計(jì)算各點(diǎn)的 x、 y、 z 坐標(biāo)。

2 作業(yè)流程

作業(yè)流程可分為：前期踏勘規(guī)劃、控制測(cè)量、外業(yè)數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)點(diǎn)云處理、要素提取和成果繪制輸出。

2.1 前期踏勘規(guī)劃

在接到任務(wù)后，根據(jù)委托方提供的施工圖以及現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況，初步了解建筑物的內(nèi)部細(xì)節(jié)以及結(jié)構(gòu)層次等信息后，同時(shí)結(jié)合點(diǎn)云拼接軟件FARO SCENE可自動(dòng)對(duì)順序測(cè)量的測(cè)站進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)掃描路線。

2.2 控制測(cè)量

利用周邊已有GNSS等級(jí)平面控制點(diǎn)及等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)校正檢查后，采用GNSS-RTK完成測(cè)區(qū)周邊3個(gè)圖根控制點(diǎn)的測(cè)量。布置標(biāo)靶3個(gè)，利用徠卡TS02全站儀，對(duì)標(biāo)靶進(jìn)行測(cè)量。

2.3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集

實(shí)際作業(yè)時(shí)，根據(jù)規(guī)劃路線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集時(shí)應(yīng)盡量滿足測(cè)量需求，遮擋嚴(yán)重時(shí)可適當(dāng)增加測(cè)站，以保證數(shù)據(jù)能夠完整拼接。在掃描過程中，依據(jù)測(cè)站位置與掃描對(duì)象的距離、掃描對(duì)象的復(fù)雜程度等進(jìn)行綜合分析，選擇最有效的參數(shù)。

2.4 內(nèi)業(yè)處理

2.4.1 點(diǎn)云處理

利用FARO SCENE軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)。配準(zhǔn)時(shí)，軟件會(huì)顯示每一站的配準(zhǔn)精度及重疊率，同時(shí)還會(huì)顯示測(cè)站的連接關(guān)系。作業(yè)人員可以很直觀地對(duì)配準(zhǔn)精度及情況進(jìn)行分析，手動(dòng)糾錯(cuò)。利用軟件的標(biāo)靶功能，獲取正確的點(diǎn)云數(shù)據(jù)坐標(biāo)。見圖1。待所有的數(shù)據(jù)處理完成后，去噪后，導(dǎo)出為完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

圖1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)顯示

2.4.2 要素提取

利用Autocad ReCap Prp 2023軟件加載導(dǎo)出的數(shù)據(jù)，通過剖面截取功能，選擇合適的位置及高度對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行橫截面截取。截面獲取后，利用點(diǎn)云提取截面線功能。依次對(duì)不同層次進(jìn)行要素提取，生成整幢房屋的平面圖的初步成果。

2.4.3 成果繪制輸出

規(guī)劃核實(shí)測(cè)量成果：在房屋分層圖的基礎(chǔ)上，依據(jù)相應(yīng)的規(guī)程、規(guī)范完成建筑基底面積、建筑面積的測(cè)算、竣工規(guī)劃比對(duì)、建筑功能、配套設(shè)施核實(shí)等工作。同時(shí)根據(jù)房屋分層圖外輪廓繪制建筑物地形圖，基于此完成建筑間距測(cè)算、建筑退讓紅線距離測(cè)算等工作。

不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪成果：根據(jù)房屋分層平面圖，繪制出房產(chǎn)分層圖，利用房產(chǎn)軟件即可完成房產(chǎn)測(cè)量。

至此，規(guī)劃核實(shí)測(cè)量及不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪中關(guān)于房屋測(cè)量的難點(diǎn)問題基本都已解決，其他所需要的建筑物的屬性信息也可通過點(diǎn)云模型進(jìn)行提取。

3 精度分析

3.1 精度要求

根據(jù)《福建省工程建設(shè)項(xiàng)目“多測(cè)合一”綜合技術(shù)規(guī)程》（2022版）要求：對(duì)于一般建筑物規(guī)劃核實(shí)測(cè)量及不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪中邊長(zhǎng)測(cè)量精度要求均為中誤差（m） 0.014 +0.0007D，限差（m）0.028+0.0014D，其中D為邊長(zhǎng)，以米為單位，當(dāng)D小于10 m時(shí)，以10 m計(jì)；建筑物細(xì)部點(diǎn)、特征點(diǎn)測(cè)量相對(duì)鄰近控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為±5 cm；不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪中房屋測(cè)算精度要求為中誤差0.02+0.001S（m2），限差0.04+0.002S（m2），其中S為面積，以平方米為單位。

3.2 數(shù)據(jù)分析

為了驗(yàn)證三維激光點(diǎn)云模型精度，通過全站儀實(shí)測(cè)平面坐標(biāo)與三維激光掃描測(cè)量坐標(biāo)對(duì)比，求取該幢建筑物三維激光點(diǎn)云模型中誤差，計(jì)算公式為：

式中，Δ為觀測(cè)值與真值之差；n為觀測(cè)值個(gè)數(shù)。采用全站儀對(duì)該幢建筑物11處房屋角點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)量，如表1所示，根據(jù)公式（1）計(jì)算平面精度中誤差為±0.011 m；由計(jì)算公式可得，平面最小誤差為0.005m，最大誤差0.016 m。通過對(duì)比可知，平面精度滿足規(guī)劃核實(shí)測(cè)量的精度要求。

表1 掃描儀與全站儀坐標(biāo)精度統(tǒng)計(jì) 單位：m

同時(shí)利用測(cè)距儀、卷尺量取建筑物內(nèi)外部分長(zhǎng)度14處，數(shù)據(jù)詳見表2，根據(jù)公式（1）計(jì)算邊長(zhǎng)較差中誤差為±0.009 m，長(zhǎng)度最小較差為0.005 m，最大較差為0.020 m。根據(jù)精度要求可知，對(duì)于一般房屋，規(guī)劃核實(shí)測(cè)量及不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪中，邊長(zhǎng)精度滿足規(guī)劃核實(shí)測(cè)量及不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪的精度要求。

表2 點(diǎn)云成果提取與丈量尺寸精度統(tǒng)計(jì) 單位：m

規(guī)劃核實(shí)測(cè)量建筑面積為5 331.44 m2，不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪中房產(chǎn)面積為5 222.27 m2。根據(jù)公式限差S=0.04+0.002S，計(jì)算得知限差為13.35 m2?？鄢蛴?jì)算方法導(dǎo)致的差異后計(jì)算差異面積：

S=|5331.44-（5222.27+117.29×0.02+17.68×0.02+112.23×2×0.02+32.86×0.02+1.58+1.29+1.9 3+2.42+0.74+1.31+42.21×2+1.54×3|=3.01＜13.35

通過計(jì)算可知，房屋測(cè)算精度滿足不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪的精度要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）FARO FocusS 350三維激光掃描儀操作簡(jiǎn)單，可自動(dòng)測(cè)量且具有相鄰測(cè)站自動(dòng)拼接功能，能高效完成建筑物測(cè)量的內(nèi)外業(yè)工作。

（2）實(shí)例應(yīng)用的三維激光點(diǎn)云模型平面精度中誤差達(dá)到±0.011 m，邊長(zhǎng)較差中誤差為±0.009 m，房屋面積差異3.01 m2， 驗(yàn)證了三維激光點(diǎn)云模型的絕對(duì)精度，同時(shí)證明了利用地面三維激光掃描儀技術(shù)可高質(zhì)量完成規(guī)劃核實(shí)測(cè)量及不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪中的建筑物測(cè)量工作。

（3）通過文章項(xiàng)目應(yīng)用研究，對(duì)地面三維激光掃描技術(shù)在“多測(cè)合一” 測(cè)繪項(xiàng)目中的應(yīng)用研究具有指導(dǎo)意義。