地面三維激光掃描儀在建筑規劃核實中的應用

謝耀春

（柳州市勘察測繪研究院有限公司，廣西 柳州 545007）

規劃核實對建設單位而言是竣工驗收環節一項重要內容，其中又以地形測繪為核心。地面三維激光掃描能高效且精準的獲得目標點云坐標信息，在不同的測量項目當中逐漸得到廣泛應用。地面三維激光掃描的工作原理為借助掃描儀發出激光，然后以激光從反射到接受經歷的時間為依據通過計算確定和目標之間的距離，然后根據水平及垂直方向間隔距離及角度，通過進一步計算得出目標點位對應的三維坐標，由大量矢量點構成點云，在設備中存儲。

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為Trimble TX8，它將測量與影像等諸多功能集于一體，采用單個儀器方可對高精度數據予以捕獲，實現高速三維掃描，在有效測程之內，以每秒100萬個精確激光點的速度獲取數據。Trimble Tx8 簡化了內業工作，掃描儀純凈、低噪聲的數據大大減少了內業數據處理所需的時間。其獲取的數據可以直接導入到RealWorks，同時RealWorks軟件還可以提供高效數據流到各種主流的CAD 及清華三維EPS軟件。

2 規劃核實對地形測繪的基本要求

測區范圍內地形測繪需要實現全數字化，對竣工建設項目及周邊地形圖測繪、建筑物平面位置、建筑物高程高度、建筑物立面與剖面進行測量等等，在地形測繪過程中，應根據相關規范的規定做好外業測繪，所有需要進行實測的地物必須采集數據點，避免遺漏。對于所有新建房屋及其各類附屬設施都要進行實測，而且建筑的凹凸部分還應根據實際情況來表示，不能在實測中舍去。

3 外業采集數據

3.1 控制測量

對于美景華庭規劃核實測量，兩種方法布設首級控制點基本相同，利用柳州市勘察測繪研究院有限公司已成熟的網絡cors站對測區進行控制點布設，至少聯測3 個高等級控制點，高等級控制點所組成的控制點圖形應對相關的RTK 流動站有足夠的控制面積。在流動站可以連續顯示固定不變的解以后，方可進行平面控制測量，此時各控制點應單獨完成二次初始化，在每次初始化過程中都要得出兩組數據，其中每一組數據都要采集10 個以上歷元數，當4 組數據均能達到定位較差要求時，即可從中選擇1 組，也可采用4 組數據的平均值。傳統的測量方法所需要的控制點相對較密集。且點與點之間必須通視。而采用Trimble TX8地面三維激光掃描對該小區東地塊進行外業數據采集時，只需在測區范圍內布設3～4 個控制點即可，且無須通視要求。

3.2 測站選擇

利用無棱鏡全站儀對小區進行傳統的測量方法在設站方面需要注意設置在視野開闊、地面穩定的安全區域，嚴格控制支站數，以保證測量精度。

利用地面三維激光掃描需要考慮注意設置在視野開闊、地面穩定的安全區域，掃描區域應覆蓋這個掃描目標物，設站均勻且盡量減少設站數量，但是遇見目標物結構復雜、通視困難或線路有拐角的情況應適當增加掃描站，必要時可搭設平臺架設掃描站。

3.3 標靶布設

傳統測量方法無須這一項工作程序，在使用Trimble TX8 地面三維激光掃描儀進行建筑規劃核實測量中也無須這項工作程序。RealWorks 軟件會根據兩次設站掃描數據的重復特征點自動拼接圖形。而在地形測量，無明顯重合征點時就需要標靶布設，作為現場的特征點為下一站掃描做鋪墊。

標靶布設在掃描過程中作為一個關鍵環節，其主要目的在于將掃描完成后得到的點云數據集中至相對坐標系。對此，在實際的布設過程中應充分考慮網形實際情況，因為實際布設精度會對點云拼接精度造成很大的影響。靶標與測站之間應達到通視，且兩者的間隔距離不能太大，通常不能超過50m。另外，對公共標靶與測站進行布設的過程中，不可處在同一條直線，其目的在于保證坐標轉換結果的精度。在整個掃描區域內，標靶的布置必須達到均勻，同時還要做到高低錯落，兩個相鄰的測站，其公共標靶數量應達到3 個以上。在條件允許的情況下可直接將地物特征點等作為標靶。

3.4 數據采集

采用傳統方法進行數據采集時，采用單點測量方式，對于所測建筑物，需要不斷地對儀器進行操作，反復對特征點測量，如遇不規則建筑物，現場無法確定特征點，則需要測量更多的點，來保證后期數據處理的需要，工作量大且煩瑣，效率不高。

采用Trimble TX8 地面三維激光掃描進行數據采集時，只需對中、整平、開機、掃描即可。根據工程需要可以設置每一站的掃描密度，對于該工程，設置的掃描時間為4min 一站。對于掃描分辨率，應達到30m 之內不低于6mm，實際掃描范圍必須覆蓋整個目標，當目標復雜程度較高或覆蓋比較困難時，須增加測站的數量，使相鄰測站點云數據實際重疊率達到30%以上，而部分比較困難的地區，重疊率應達到15%以上。對于布設了標靶的測站，應做好標靶識別及精掃，將點云掃描完畢后，做好影像采集，在掃描結束后將布設的標靶撤走。

3.5 數據檢查

在地面三維激光掃描過程中，數據檢查也是一個重要環節。每完成一次掃描，均立即開始數據檢查，需要的內容包括：檢查數據存儲是否到位；檢查是否能順利打開灰度圖；檢查掃描區域是否全面；檢查是否對標靶進行掃描；檢查是否有噪點存在，并確定噪點的存在對正常使用是否有影響。若檢查未通過，則要對相應的區域重新實施檢測。當區域相對較大時，可重新進行數據采集。

3.6 內業數據處理

傳統測量方法的數據處理需把外業點展入CASS 中，將外業測量點號按照外業編碼及草圖一一連接起來。這樣該小區西面地塊外業測量了將近2000 個外業點號，對于內業數據處理要用2～3d 的時間來清理圖面。

采用地面三維激光掃描的數據包括（TCF 圖像文件、TZF 測站數據文件）直接導入RealWorks 軟件中，通過RealWorks 軟件對項目管理進行多測站點云自動拼接、坐標系管理、點云去噪與分類、點云取樣抽稀、測距、三維點云展示、三維建模等，最終形成絕對坐標系中的空間位置坐標的Las 格式的點云數據（見圖1），將點云數據導入清華三維EPS 三維測圖軟件中點云數據轉換，生成在室內基于實景三維模型進行地理要素采集，快速制作DLG 數字線劃圖。然后利用三維測圖軟件的切片功能（見圖2）結合設計圖，完成每一層的分層示意圖。采集完成后對內業無法判別及遮擋的要素進行外業調繪和補測，調繪結束后對DLG 圖面進行圖幅整飾，形成最終符合規劃核實測量要求的數字化地形圖。

圖1 小區局部總平圖展示

圖2 4#樓第一層平圖

4 結語

綜上所述，地面三維激光掃描儀在規劃建筑核實測量工作中除了能保證數據采集準確性高、全面性高、自動化程度高、受外界環境影響小，還能大幅提高工作效率，降低野外工作量，提升生產效率，節約了勞動成本。隨著地面三維激光掃描儀技術的不斷完善與發展，充分利用地面三維激光掃描儀技術在各種不規則建筑物中、文物的三維掃描存檔、超大建筑物群體規劃核實測量中價值，值得在廣大的測量工作者范圍推廣應用。