淺析三維立體掃描技術在地籍測量中的應用

王剛 李琴 甘新輝

摘 要：隨著我國科學技術和信息化建設的不斷進步和發展，三維立體掃描技術以其強大優勢被廣泛應用于地籍測量。本文以南通市通州區地籍測量為例，探討三維立體掃描技術在地籍測量中的應用。

關鍵詞：三維立體掃描技術；地籍測量

為適應我國新時代的發展需要，用傳統的全站儀、經緯儀、水準儀測繪難以適應如今地籍測量的需求，而三維立體掃描技術技術憑借著各種優勢，在地籍測量上應用越來越廣泛。

1三維立體掃描技術介紹

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

三維立體掃描儀的工作狀態與傳統全站儀功能類似，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據，比傳統全站儀更加快速全面用于測繪生產。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，常用于變形監測等精密測量；脈沖法則通過脈沖發射與接收計算時間差，推算距離，常用在三維激光掃描設備中；三角法主要利用三角形關系測距，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生器、直角棱鏡、CCD 元件構成的系統實現；后者利用由步進電機驅動的掃描儀實現，借助步距角和步數求出角位移大小。

（三）掃描；向測量區域發出掃描激光，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；把掃描坐標系的數據轉化到大地坐標系，計算定向點的中心坐標，再對公共點坐標轉換，得到坐標系轉換需要的參數。

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，在全區范圍內開展農村建設用地調查工作。旨在深入實施節約集約“雙提升”行動計劃，加快推進農村建設用地規模控制、結構優化和布局調整，積極適應供給側結構性改革的要求，探索“人地掛鉤”政策，深化農村土地制度改革。

南通市通州區濱江臨海，河道縱橫交錯，東部為中國“通州灣江海聯動開發示范區”，西部為南通濱江新區，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。居民房屋基本臨河靠路建設，帶狀分布。尤其臨河一面輔助房屋較多，不規則分布，樹木遮擋嚴重，使用傳統作業方法效率不高，精度缺失比較嚴重。

上圖為三維掃描儀采集測區地籍數據，內業利用配套軟件成圖

2.2三維立體掃描技術的工作流程

車載三維掃描的作業流程為：準備工作、外業采集、內業數據處理。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（gps/imu）進行對準，并標定各傳感器合適的參數。如果在已經控制點的情況下，采集到的數據為絕對坐標，若沒有已經控制點，得到的數據均為相對坐標。檢查并確保各傳感器正常運行。根據已有地形資料，規劃設計好車輛行進的路線。

2、外業采集：作業開始前，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據，全景相機拍照時是否有缺失照片，衛星信號是否良好。在確保無誤的情況下，作業前后都需要進行靜止測量。

3、內業數據處理：由多個相機獲得的像片進行全景拼接，優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，這些冗余數據需要去除后，才能得到真正需要的點云數據。

2.3成果展示

3結論

3.1三維立體掃描技術優點

3.1.1現場測繪時間短、工作量小、數據全面。

與傳統全站儀和GPS-RTK技術采集數據相比，三維立體掃描技術無需設站，通過傳感器可以在短時間內獲得盡多數據。同時因三維立體掃描技術獨有的特點，可輕松獲得測區完整三維立體數據，解決傳統儀器采集數據單一，地形地區數據不連續等缺點，從而實現國家云計算和大數據計劃。

3.1.2精度滿足要求。

精度是技術的核心，快速全面的同時就考查精度，而三維立體掃描技術用于測繪工程的精確度足以滿足各項工程的設計和施工的要求。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缺點

3.2.1造價高且硬件和軟件沒有統一

相關測量設備售價過高，維修保養成本比較大，不利于生產單位做普通測量項目投入。生產廠家在市場上為了競爭，各自設計點云數據處理硬件和軟件，不可兼容，不利于資源共享，互相轉換。

3.2.2專業人員隊伍建設不足

目前三維立體掃描技術認證處于市場調整階段。各大中專院校開設的測繪類專業沒有系統學習相關技術，相關掃描專業也沒有學習測繪技術。生產人員均是參加廠家短期培訓，對技術的掌握不高。技術成熟的三維立體掃描技術內外業工作人員占單位總技術人員比例相對較少。

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雜的校正基準數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難度。

3.3三維立體掃描技術在地籍測量應用的改進措施

3.3.1建立健全相關市場制度

政府要出臺相關品牌質量準入制度，維護市場秩序，協調統一硬件和軟件，整合資源，真正達到云計算和大數據共享。

3.3.2加大各行業合作，提高技術能力

三維立體掃描儀生產廠家要和國內外先進的測量廠家、攝影機等生產廠家以及測量生產單位合作，各行齊力協作，共同促進技術完善，以達到新時達測繪發展要求。

3.3.3提高隊伍專業素質

各生產單位和高校，建立良性的校企合作。如建筑類、測繪類和掃描類、攝影類等相關專業應該互相融合。鼓勵科技部門加大投入，在全國范圍內廣泛開展三維立體掃描測繪技術培訓，加強技術的專業建設，提高隊伍專業素質。

總之，各行業和政府要在國家大建設中，按照世界標準制定國家標準，同心協力，聯合制造出性價比更高，精度效率均衡，系統統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，促進國家繁榮昌盛。

參考文獻

[1]國家測繪地理信息系統局職業技能鑒定指導中心.測繪綜合能力[M].北京：測繪出版社2012.

[2]吳貴才.工程測量學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2011.

[3]李清泉李必軍陳靜.激光雷達測量技術及其應用研究J.武漢測繪科技大學學報 2000

[4]范海英.三維激光掃描系統的應用研究J.遼寧科技學院學報 2009

（作者單位：1.江蘇省地質測繪院；2.江西應用工程職業學院）