探析地籍測量測繪中的三維激光掃描技術應用實踐

孫健

摘? ?要：三維激光掃描技術體現出速度快、精度高、使用便捷、對環境要求低的優勢特點，可以較好地應用于地籍測量測繪實踐之中，利用全自動高精度立體掃描技術進行地籍測繪作業，實現三維結構和特征的三維建模，轉變傳統地籍成圖的作業方式，降低外業人員的工作強度，縮減外業工作周期，提升地籍測量測繪作業的自動化水平。

關鍵詞：地籍測量測繪? 三維激光掃描技術? 應用

我國成功引入了3S、攝影測量與遙感技術、三維激光掃描技術，尤其是非接觸主動測量的三維激光掃描技術能夠高分辨率、快速獲取被測對象的空間三維坐標數據，并根據點云數據提取地物要素，突破了常規地籍測繪的局限性，推進了地籍測繪的發展和進步。

1? 地籍測量測繪概述

（1）地籍控制測量。主要依循“整體到局部、分級布網”的方式，進行各等級控制網的布設，實現地籍首級控制測量和地籍圖根控制測量，其中，地籍首級平面控制網測量采用靜態全球定位系統，通過水準測量、三角高程測量等方式，實現地籍首級平面網點的控制;地籍圖根控制測量則采用動態全球定位系統，通過RTK的方法布設圖根點，以三角高程測量技術施測，確保每個圖根點至少與一個相鄰圖根點的通視，有效提升地籍控制測量精度。

（2）地籍要素調查。主要是進行土地權屬的調查，包括不同宗地的土地權屬狀況和界址等內容，并據此繪制宗地草圖，填寫地籍調查表。具體的測量手段為全野外數字測圖和數字攝影測量成圖，并采用幾何要素法和坐標法進行土地面積量算[1]。

2? 三維激光掃描技術應用原理分析

三維激光掃描系統主要包括有機載型激光掃描系統、地面型激光掃描系統、手持型激光掃描儀，主要目的是獲取被測目標的三維坐標信息，測量原理主要包括以下內容。

（1）測距方法。要結合不同的激光掃描應用領域，選擇相應的測距方法，其中：三角測距法適用于近距離測量，可以達到微米級的精準測量，以三角形幾何關系為依托，求算掃描中心和掃描對象的距離。脈沖測距法則是利用發射和接收激光脈沖信號的時間差，求取被測目標的距離。相位測距法能夠實現毫米級的測量精度要求，是通過測定調制光信號在被測距離的往返傳播相位差，求取被測距離。

（2）測角方法。可以采用角位移測量法和線位移測量法，獲取記錄線位移量。

（3）獲取數據。利用伺服驅動馬達系統控制多面掃描棱鏡，確定激光束出射方向，實現脈沖激光束的縱橫軸方向快速掃描，獲悉所有掃描點的距離及方向角，確定所有掃描點與測站的相對空間坐標。

（4）定向。計算定向識別標志的中心坐標，進行兩坐標系之間轉換參數的計算求取，實現三維激光掃描的定向。

3? 地籍測量測繪中的三維激光掃描技術應用分析

3.1 SSW車載移動測量系統的應用

（1）前期準備。這是一種快速、高效、無地面控制的測繪技術，各模塊以GPS時間為主線進行同步協調操作，依據相互之間的結構關系求取所測目標點的絕對坐標，采用推掃、轉掃等不同作業方式，采集移動和定點數據，獲悉目標地物的絕對坐標和紋理信息，體現出掃描距離遠、精度高、范圍大的優勢特點。前期準備工作主要包括調查底圖制作和現場勘查兩個內容，要重點考慮交通情況、地勢條件、站點掃描重疊情況，初步確立24個站點進行轉掃測量。

（2）確定站點。在穩固安裝調整測量儀器的條件下，對每個站點進行轉掃測量，可以將每一個站點設置8～12個檢查點，通常將其設置于胡同中或開闊地，確保檢查點的視線通透性。同時，在確定站點之后、測量之前，要架設GPS基站，獲悉地籍數據的絕對坐標。

（3）轉掃測量。采用轉掃測量的方法，各站掃描時間設定為45min，獲取點云數據，進行現場實景拍攝。考慮到測量車自身體積偏大，存在測量車半徑3m左右的測量盲區，因而要將站點盡量設置在距離建筑適宜距離的條件下，以獲取和接收點云數據。

（4）數據采集及處理。可以通過點云數據和同步照片相結合的方式，獲悉地籍要素的點、線信息，實現對有效點的識別和提取。要注意的是，在進行同步照片拍攝的讀取過程中，要通過照片拍攝時間、位置、旋轉角度、大小等數據，進行照片顯示透明度的合理調節，幫助內業人員進行數據讀取和判斷。同時，還要進行快速建模，基于SSW點云數據之間的拓撲關系及彩色點云對應的照片信息，提取相鄰點云像素信息，并結合用戶感興趣區的約束條件，實現點云數據的快速建模。最后，在完成全測區的測量成圖之后，可以利用全站儀進行點位的核查，抽取若干個檢查點，確認地籍測量中對界址點的精度要求，有效地將外業轉為內業，降低外業人員的工作強度。

3.2 3D激光掃描儀的應用

本文選用德國Z+F公司的Imager 5010三維激光掃描儀進行地籍測量，利用其采集速度快、高分辨率、高精度、非接觸式測量、實時動態的測量優勢，全方位自動獲取海量的三維地形數據，形成地籍點云數據集合，并利用該儀器的外接GPS功能，實時獲取和采集地物的絕對坐標。

（1）前期準備。要預先進行地籍現場勘查工作，利用3D激光掃描儀的非接觸式、主動性激光掃描原理，合理選擇實際作業的站位。

（2）站點設置。通常將站點設置在通視效果良好、地勢較高的控制點，并對其進行對中整平，可以在每一個站點的作業行進路線上設置覘標，通過各個站點的獨立坐標系，實現各站點間數據的內業拼接。

（3）轉掃測量。可以實現對被測地物的轉掃測量操作，快速實現一站的掃描測量作業，實時采集和查看點云數據，并對點云數據不夠清晰的區域，采用局部掃描精度調整的方式，獲取最大范圍測區坐標系統下的坐標點。同時，在后期的測量作業中，還可以將3D激光掃描儀與免棱鏡全站儀相結合，對站標十字靶心進行均勻的點位坐標測量，為后續的數據拼接處理做好準備。

（4）數據處理。利用Z+FLaserControl軟件進行三維點云數據的拼接處理，通過對不同站標十字靶心的自動識別，參考兩站間重疊區域的共同特征點，有效規避數據拼接處理的偏差。同時，軟件能夠自動進行點云數據的剖面裁切，提取被測地物的特征性，依循以下流程完成點云數據的內業處理：多站點云數據的拼接、坐標系轉換、地物提取、CASS成圖，考慮到拼接后的點云數據量較大，可以進行分塊處理操作。并通過導出切片和剖面成像的方式，自動快速提取地物特征線，呈現出地物建筑的平面圖。

4? 結語

綜上所述，地籍測量測繪中的三維激光掃描技術應用體現出快速、靈活、高精度的特點，能夠獲取地物高精度的三維點云數據，滿足地籍測量要素的精度要求，可以通過移動測量車和3D激光掃描儀等不同載體，提取三維激光掃描點云數據，獲悉地籍測量測繪成果，有效降低外業工作強度，提升地籍測量測繪工作效率。作為新型的測量技術，三維激光掃描技術突破常規傳統測量的局限性，真實再現地物的形態信息，利用三維點云數據提取地物的三維空間數據，與立體化的土地集約化利用趨勢相契合。

參考文獻

[1] 田峰.淺談三維激光掃描技術在地籍測繪中的應用[J]. 中國標準化，2018，522（10）：240-241.

[2] 何浩.地籍測繪中三維激光掃描技術的應用[J].城市建設理論研究：電子版，2018（10）：71-72.

[3] 郭敬.淺談三維激光掃描技術在地籍測繪中的應用[J]. 價值工程，2018，499（23）：267-268.