探究地籍測(cè)繪中三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐

李海軍

（蘇州工業(yè)園區(qū)測(cè)繪地理信息有限公司，江蘇蘇州215000）

1 引言

地籍測(cè)繪在我國(guó)已有2000余年的歷史，是相關(guān)土地管理部門(mén)進(jìn)行土地規(guī)劃、管理的重要數(shù)據(jù)來(lái)源，因此對(duì)于土地信息的真實(shí)性、可靠性和準(zhǔn)確性有著較高的要求。但是在以往的地籍測(cè)繪工作中，傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用不僅人工作業(yè)量大、操作復(fù)雜性高，在測(cè)繪精度和準(zhǔn)確度方面也得不到有效的保證。現(xiàn)階段，三維激光掃描技術(shù)作為較為常用的地籍測(cè)繪技術(shù)之一，能夠有效提高我國(guó)傳統(tǒng)地籍測(cè)繪的速度，因而受到業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。

2 三維激光掃描技術(shù)概述

三維激光掃描技術(shù)是一種由計(jì)算機(jī)、激光發(fā)射器、接收器、光路調(diào)節(jié)裝置以及激光自適應(yīng)聚焦控制單位等組成的全自動(dòng)的先進(jìn)立體掃描技術(shù)，其工作原理如下：首先通過(guò)激光掃描、接收得到測(cè)繪對(duì)象表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)，然后以此為基礎(chǔ)進(jìn)行地表信息的提取，并進(jìn)一步進(jìn)行三維場(chǎng)景的構(gòu)建。較常規(guī)測(cè)量技術(shù)而言，該技術(shù)具有非接觸性測(cè)量、數(shù)據(jù)采樣率高以及不受測(cè)區(qū)環(huán)境影響等特點(diǎn)，加之其本身所具有的點(diǎn)定位精度高、采樣點(diǎn)速率高、軟件功能全面、測(cè)量距離遠(yuǎn)以及兼容性好等優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛應(yīng)用于建筑估計(jì)測(cè)量、文物建筑以及結(jié)構(gòu)測(cè)量等諸多領(lǐng)域，具有明顯的優(yōu)越性[1]。

3 地籍測(cè)繪中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)的基本流程

3.1 前期準(zhǔn)備

三維激光掃描儀本質(zhì)上是一種具有機(jī)身小的全站儀系統(tǒng)，其功能的發(fā)揮主要還是依靠主動(dòng)式激光掃描原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，三維激光掃描技術(shù)的前期準(zhǔn)備工作，只需要在現(xiàn)場(chǎng)勘查后選擇合適的掃描站點(diǎn)即可[2]。

3.2 測(cè)區(qū)站點(diǎn)設(shè)置

三維激光掃描儀測(cè)區(qū)站點(diǎn)的設(shè)置相對(duì)靈活，可以根據(jù)測(cè)區(qū)的實(shí)際情況選擇地勢(shì)較高的或是通視效果較好的地方，并且要求周?chē)鷽](méi)有電磁干擾。三維激光掃描儀所使用的坐標(biāo)系是以站點(diǎn)為圓心設(shè)置的獨(dú)立坐標(biāo)系，當(dāng)測(cè)區(qū)的控制點(diǎn)設(shè)置完成后，在作業(yè)行進(jìn)路線上設(shè)置相應(yīng)的站標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)站與站之間數(shù)據(jù)的拼接[2]。

3.3 掃描測(cè)量

掃描測(cè)量完成三維激光掃描儀的站點(diǎn)設(shè)置后，便可進(jìn)行轉(zhuǎn)掃操作。一般來(lái)說(shuō)，每站轉(zhuǎn)掃時(shí)間約4min～6min。轉(zhuǎn)掃結(jié)束后，現(xiàn)場(chǎng)工作人員可以直接查看轉(zhuǎn)掃效果，若點(diǎn)云數(shù)據(jù)存在明顯問(wèn)題，或掃描區(qū)域不理想，便可對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，重新測(cè)量，確保轉(zhuǎn)掃質(zhì)量滿足后期的數(shù)據(jù)處理要求。

表1 三維激光掃描儀相較于傳統(tǒng)作業(yè)效率對(duì)比

在正式轉(zhuǎn)掃之前，還需進(jìn)行GPS接收器的設(shè)置，這樣就能夠在測(cè)量過(guò)程中，直接引入測(cè)區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)掃測(cè)量需要以建筑掃描為主，但是在部分內(nèi)街巷道，由于地方較為狹窄，因此無(wú)法獲得穩(wěn)定的GPS信號(hào)，此時(shí)就需要將街巷作為主要的測(cè)量對(duì)象，并且在房屋較密集區(qū)，布設(shè)多個(gè)站點(diǎn)以保證測(cè)量效果。

在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，難免會(huì)遇到一些難以直接通過(guò)三維激光掃描儀獲取坐標(biāo)的地物，因此需要借助全站儀進(jìn)行測(cè)量，尤其是地籍測(cè)量后期，需要積極配合全站儀的測(cè)量工作，在方便后期數(shù)據(jù)拼接處理的同時(shí)，也為三維激光掃描測(cè)繪的精度控制提供了對(duì)比。

3.4 數(shù)據(jù)處理

當(dāng)完成轉(zhuǎn)掃測(cè)量工作后，需要對(duì)獲取到的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)站的拼接，雖然設(shè)置的每個(gè)站標(biāo)都有所不同，但三維激光掃描系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別站標(biāo)的十字靶心，這樣就可以減少人為操作所造成的誤差，有利于提高測(cè)量的精確度。基于此，內(nèi)業(yè)工作人員在進(jìn)行拼站工作時(shí)，可以以某一站作為點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接的基準(zhǔn)點(diǎn)，然后依次加載臨近站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以站點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行初步的識(shí)別與拼接。拼接完成后，工作人員需要根據(jù)作業(yè)底圖和相關(guān)影像數(shù)據(jù)對(duì)整體拼接效果進(jìn)行查看，避免拼接誤差的產(chǎn)生。另外，受計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理系統(tǒng)的限制，工作人員需要注意分塊、分批進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理，在確保測(cè)區(qū)拼站精度的同時(shí)，保障點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理速度。

4 三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐

文章以TrimbleTX8（增強(qiáng)型）地面三維激光掃描儀在蘇州某農(nóng)村地區(qū)的具體應(yīng)用實(shí)踐，闡述三維激光掃描技術(shù)的作業(yè)效率及精密度。

4.1 區(qū)域概況

該實(shí)踐位置是蘇州某農(nóng)村地區(qū)，項(xiàng)目涉及6個(gè)鎮(zhèn)區(qū)，89個(gè)行政村，約5萬(wàn)宗地。項(xiàng)目超過(guò)30%的測(cè)區(qū)使用三維激光設(shè)備進(jìn)行作業(yè)，作業(yè)中，對(duì)房屋密集區(qū)采用1檔進(jìn)行作業(yè)，而房屋稀疏區(qū)域，為了保證點(diǎn)云密度，采用2檔進(jìn)行作業(yè)，單站測(cè)量時(shí)間為2～3min，每日掃描站數(shù)約120～150站，測(cè)量宗地約80～100宗，這樣的作業(yè)效率相較于傳統(tǒng)全站儀作業(yè)，至少提高了4倍，且其對(duì)作業(yè)人員素質(zhì)要求也更低，作業(yè)人員在工作中只需要轉(zhuǎn)站和啟動(dòng)儀器即可。

4.2 應(yīng)用TrimbleTX8的效果

為了驗(yàn)證TrimbleTX8的掃描效率和測(cè)量精準(zhǔn)度，下面以表格的形式加以說(shuō)明。

通過(guò)分析表1的數(shù)據(jù)可知，三維激光掃描技術(shù)比傳統(tǒng)的地籍測(cè)量技術(shù)相比，工作效率高，優(yōu)勢(shì)明顯，最重要的是應(yīng)用該技術(shù)可以在夜間進(jìn)行工作，因此很適用于工期緊迫，需要全天候作業(yè)的工程項(xiàng)目，同時(shí)應(yīng)用該技術(shù)還能有效保證測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)度。

下面為了驗(yàn)證三維激光掃描技術(shù)的地籍測(cè)量精度，用全站儀對(duì)三維激光掃描設(shè)備作業(yè)的區(qū)域進(jìn)行質(zhì)量檢查，共復(fù)測(cè)界址點(diǎn)3446個(gè)，復(fù)測(cè)坐標(biāo)的中誤差為2.99cm，最大偏差為8.9cm，具體的數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 三維激光掃描技術(shù)測(cè)量界址點(diǎn)精度統(tǒng)計(jì)表

由上表2可以看出，在農(nóng)村地籍測(cè)量中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)完全可以保證測(cè)量精準(zhǔn)度，對(duì)3446個(gè)界址點(diǎn)進(jìn)行抽查并分析，測(cè)量精度低于1倍中誤差的比例已經(jīng)達(dá)到了78.64%，在2倍中誤差以內(nèi)的是100%，通過(guò)上述數(shù)據(jù)足以證明三維激光掃描技術(shù)的精確度了。

5 結(jié)語(yǔ)

在地籍測(cè)繪工作中，三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用，在很大程度上提高了地籍測(cè)繪的效率和測(cè)繪精度，因此，相關(guān)測(cè)繪人員需要積極研究三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用范圍，提高測(cè)繪水平，進(jìn)而能夠幫助國(guó)家更好地進(jìn)行國(guó)土資源管理。