基于地面三維激光掃描技術(shù)的區(qū)域房地一體化高精度測量方法

韓多元

（中煤航測遙感集團有限監(jiān)理咨詢分公司，陜西 西安 710000）

1 引言

當前，對區(qū)域范圍內(nèi)地形數(shù)據(jù)獲取時，存在耗時長、無法對危險地段進行常規(guī)測繪等問題。相關(guān)領(lǐng)域研究人員對地形數(shù)據(jù)的測量方法進行了深入的研究，提出一種全新的地面三維掃描技術(shù)，這一技術(shù)的產(chǎn)生是在GPS 技術(shù)得以成熟運用的基礎(chǔ)上延伸的全新測量技術(shù)[1]。在應(yīng)用中，地面三維激光掃描技術(shù)的工作原理是利用激光測距的方式實現(xiàn)對被掃描實物或原始測繪數(shù)據(jù)的完整和高精度重建。由于在應(yīng)用這一技術(shù)手段時，通過激光點云中每一個三維數(shù)據(jù)都可以直接獲取到被測量實物的真實數(shù)據(jù)，因此，在實際應(yīng)用中不需要對被測量對象本體進行任何處理，同時也能夠確保獲取數(shù)據(jù)具備更高的完整性，使測量得到的數(shù)據(jù)更具利用價值[2]。當前這一技術(shù)在建筑監(jiān)測、室內(nèi)設(shè)計、土地規(guī)劃等領(lǐng)域，都有著十分廣泛的應(yīng)用，但在區(qū)域房地一體化測量中并未涉及。因此，針對當前區(qū)域房地測量中存在的誤差大、耗時耗力等問題，基于地面三維激光掃描技術(shù)的優(yōu)勢，開展對其測量方法的設(shè)計研究。

2 區(qū)域房地一體化高精度測量

2.1 基于地面三維激光掃描技術(shù)采集區(qū)域房地外業(yè)數(shù)據(jù)

根據(jù)被測量區(qū)域地形特征以及區(qū)域上住宅建筑的分布情況，確定測站點個數(shù)[3]。測站的設(shè)置需要完全覆蓋被測量區(qū)域。在進行被測量區(qū)域內(nèi)房地的外業(yè)數(shù)據(jù)采集時，引入掃描技術(shù)，采用自由設(shè)站的方式完成對掃描儀的安裝，同時在每一個掃描儀的周圍都需要設(shè)置3 ～4 個標靶。標靶的位置坐標，可通過RTK 獲取。各個采樣點的坐標都可通過下述公式計算得出：

2.2 房地點云數(shù)據(jù)配準

2.3 地物提取與等高線輔助測量

圖1 區(qū)域房地等高線輔助測量格網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 測量效果對比分析

表1 實驗組與對照組測量方法點云密度平均數(shù)值

從表1 得出，實驗組測量方法點云密度平均數(shù)值均高于對照組。同時，實驗組的點云密度平均數(shù)值均遠遠超過規(guī)定的1 點/m2標準要求，具備極高的點云測量精度和點云質(zhì)量。而對照組方法點云密度平均數(shù)值僅在區(qū)塊I 和區(qū)塊Ⅱ中超過1 點/m2，其余區(qū)塊均不符合規(guī)定要求。造成這一結(jié)果產(chǎn)生是由于區(qū)塊Ⅲ～區(qū)塊V 地勢結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，使得點云密度平均數(shù)值受到影響，進而導(dǎo)致測量的精度受到影響。

再針對兩種測量方法得到測量結(jié)果的誤差進行對比，在實驗區(qū)域當中，選擇五個測點作為實驗對象，各個測點的X、Y、Z 軸坐標均一致，在此基礎(chǔ)上，將測量得出的結(jié)果與測點實際坐標對比，并計算各軸坐標誤差，得到如表2 所示結(jié)果。

表2 實驗組與對照組測量誤差記錄表（單位：cm）

表2 中各軸坐標誤差可通過實際坐標與測量坐標數(shù)值相減得出，ΔX、ΔY 和ΔZ 分別表示為橫軸、縱軸和空間軸坐標誤差。從表2 中記錄的數(shù)據(jù)看出，實驗組測量方法各個測點的坐標誤差均小于0.50cm，而對照組測量方法各個測點的坐標誤差均超過8.00cm，其最大誤差達到15.26cm，嚴重不符合房地測量高精度要求。因此，通過上述得出的實驗結(jié)果進一步證明，實驗組測量方法的測量精度更高。

綜上得出結(jié)論：本文提出的測量方法在原有測量基礎(chǔ)上應(yīng)用地面三維激光掃描技術(shù)，能夠有效提高點云數(shù)據(jù)的密度，并在此基礎(chǔ)上降低測量誤差，使最終測量結(jié)果的精度符合區(qū)域房地測量高精度要求。為進一步驗證有效性，對區(qū)域房地一體化高精度測量所用的時間進行對比如圖2 所示。

圖2 區(qū)域房地一體化高精度測量時間對比結(jié)果

從圖2 可知，實驗組測量方法所用時間在18s 內(nèi)，對照組測量方法在26s 內(nèi)，充分說明本文方法的測量效率最高。

4 結(jié)束語

通過本文論述，在引入地面三維激光掃描技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種全新的測量方法，并通過對比實驗驗證了這一方法的高精度、高效率測量優(yōu)勢。本文提出的測量方法，能夠為區(qū)域房地管理各項工作的開展提供更高利用價值數(shù)據(jù)信息。但在實際應(yīng)用中，房地測量仍然存在測量中計算量大、測量運行環(huán)境要求高等問題。未來，隨著更多新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，應(yīng)不斷對本文測量方法進行完善，從而確保區(qū)域房地一體化測量具備規(guī)范性。