三維激光掃描技術在房產測量中的運用研究

文／邱靜 梧州市測繪地理信息院 廣西梧州 543002

引言：

當今社會，經濟的發展在一定程度上帶動了城市化建設的發展，現如今城市建筑項目施工數量不斷增加，在從事建筑工程施工時，必須要從實際出發，切實做好房產測量工作。傳統的房產測量工具已經無法滿足當前社會發展的現實需要，很難提高測量效率和質量，在準確性以及穩定性上也不能得到精確化的保障，因此在新的時代背景下，從事房產測量工作必須進行創新優化，從技術層面開始不斷進行升級改善，從而全面提高房產測量水平，為城市化的高效有序發展起到一定的促進作用。三維激光掃描技術現如今更是被應用到不同的行業和領域，主要涉及在軍事以及公共服務等行業，在它的作用和影響下從事測量工作，可以最大確保整個房產監測數據的真實性，這一系統在運行時，主要是借助三維模型的構建從而進行測量，操作起來也更加方便快捷，可以構建出相對完整的三維模型。在這一階段，通過和利用對整個三維模型的全面化和綜合性分析，就能進一步提升房產測量工作的有效性。本文在具體研究階段主要對這一技術在整個房產測量中的具體應用進行詳細介紹。

1.三維激光掃描技術淺析

1.1 工作原理論述

三維激光掃描儀從系統的實際構成上進行劃分，主要包括不同的類型，分別是支架系統、激光掃描系統以及對應的控制系統。與此同時在整個系統運行期間，也會涉及到儀器的內部矯正以及相應數字攝影系統等。這一過程中，從工作原理上存在的差異性進行劃分，首先包括脈沖測距法掃描設備，在它的作用和影響下，可以很大限度實現對測量設備中心的精確化測量，在此基礎上進一步明確設備中心和目標點的實際距離，從而保障測量結果的真實性和準確性。其次就是所謂的相位干涉法掃描設備，它在實際運行期間主要是借助并且利用光學干涉技術對整個設備中心以及對應的目標點距離進行精細化測量。除此之外，就是常見的三角法掃描設備，它在實際運行中，要想實現高效化發展，就需要結合實際情況，從自身的特點出發，對結構性光源進行充分利用，根據這一結構性光源以及立體相機裝置獲得的兩條不同形狀的光纖，從而形成更加真實形象的立體投影，在它的影響和支撐下進一步對測量設備以及對應的目標位置進行測量。

1.2 誤差來源

因為三維激光掃描技術本身就存在一定的特殊性和復雜性，它在具體運行階段和很容易受到外部環境的影響和干擾，在這種背景下，使用三維激光掃描設備出現并且獲取的點云數據也會存在明顯的誤差，這些誤差常常是偶然造成的。在具體的工作實踐中，通過從實際出發，對這些誤差進行研究和分析可以發現，整個劃分結構主要包括以下幾方面。分別是掃描設備自身的誤差、反射面以及掃描幾何條件導致的誤差等，除此之外，外界環境誤差也是整個誤差形式的重要組成部分。

首先是掃描設備本身所導致的誤差。通過三維激光對設備進行掃描之后可以得到較為原始且真實地觀測數據，這些數據信息主要包括但目標物的影像數據、反射強度以及對應的從設備到目標的空間信息等。需要注意的是，在具體從事測量工作時，激光光束本身的性質以及所謂的實際分辨率都會在一定程度上影響測量的精確性和準確性，角度測量誤差對整個測量結果的影響也是相對明顯的。分辨率在一定意義上可以代表設備在運行期間，對整個需要探測的目標可以使用的最高解析能力，它實際上直接關乎整個掃描的精確度和準確度。伴隨著社會的發展，信息化技術的不斷升級優化，使得整個設備的分辨率也呈現出不斷上升的發展趨勢，在這一階段所獲得的點云數據通常情況下也會變得更加密集，與此同時測量物所具備的細部特征也會呈現出全面化的發展趨勢。而且在這一階段，伴隨著整個掃描時間的不斷延長，有關內業數據的處理也會變得更加復雜，處理難度會呈現出明顯的上升趨勢。在相反的情況下，自然收集到的點云數據更加稀疏，測量物的細部表征常常很難準確的呈現出來，與此溶蝕整個作業時間也會不斷縮短。針對這種情況，必須從實際出發，綜合考慮多種影響因素，根據房產測量工程的精準度要求等，對之前的分辨率進行重新確定，使其更加科學合理。其次就是所謂的反射面以及在對幾何條件進行掃描時產生的相對誤差，需要注意的是，反射面粗糙度在實際運行期間所產生的誤差，實際上主要是因為整個激光回撥信號存在多執行的特點，這就意味著在設備運行期間，每當要發射激光光束的時候，就能同時受到多個反射回波信號，這一過程中三維激光技術常常需要使不同的技術手段對反射信號進行精細化處理。相應的一些設備在運行期間也只是能夠對第一次所返回回波信號進行全方位以及深層次的處理。使用的不同的方式和手段對整個回波信號進行處理，也會在一定程度上導致激光焦點位置發生不同形式的偏差，與此同時整個反射面的不平整度也會不斷提升，彼此之間出現的偏差將進一步擴大。

最后是由于掃描幾何條件誤差可能產生以及造成的實際誤差。掃描幾何條件實際上指的是在參與相關工作時，使用設備在進行掃描工作時和整個測量目標在空間位置上呈現出的現實關系，從另一種意義上看，也就是掃描設備和掃描目標之間的距離。掃描設備所激光發射角度以及誤掃描目標表面法向量兩者所展示以及呈現出來的夾角。在具體的工作實踐中，隨著整個掃描距離的不斷增加，環境對于激光光束產生和造成的影響也會呈現出明顯的上升趨勢，與此同時整個測量的準確度將逐步減弱。伴隨著具體工作實踐中整個入射角的不斷提升，與之對應的激光光斑也會呈現出逐步擴大的發展形勢。在這種環境下，點位精度常常是受到光板大小的制約，所以在具體的工作實踐中，隨著入射角的不斷提升，測量準確度也會呈現出明顯的減弱傾向。

2.三維激光掃描技術的優勢

2.1 測量手段方便、快捷

隨著城市化進程的持續加快，我國房屋建筑數量呈現出明顯的上升趨勢，在新的時代背景下，建筑類型逐漸豐富，測量難度也在增加。目前建筑測量會選擇二維竣工測量圖方式進行，需要注意的是，這種測量方式在實際運行期間，不但可以切實提高整個建筑物在風格以及色彩等方面的感官要素，而且和整個城市規劃管理的發展要求也呈現出相背離的發展趨勢。在當前的工作實施中，建筑物里面測量通常采取的還是較為傳統的工藝，在具體從事相關工作時，常常需要使用到全站儀等設備，在它的作用和支撐下對準建筑物的各個關鍵點進行具體的測量點位。這一工作在實際運行階段，它的數據量相對較小，而且效率也更為低下，無論是在外業繪制草圖還是內業編輯成圖抽象之間都存在較大程度的誤差，這就意味著整個工作實踐中必須不斷對定圖進行確認，相應的整個出圖時間也會不斷加長。在大多數情況下三維激光掃描技術不需要直接觸碰掃描物體，并且得到的測量數據十分準確有效，這就意味著整個工作在實際運行階段更加適合那些當下逐漸復雜的建筑物體。傳統的測量方式難以完成，或者在測量的過程中容易出現差錯。該技術可以很好的完成工作，從而為測繪人員從事各項工作提供更加全新的數據。

2.2 無需手繪，直接繪圖

在測量建筑立面中，激光測量通常情況下并不需要進行畫圖操作，也就是說在這種情況下，借助該系統就可以獲得數據。內業工作在具體執行中，可以和外業數據高效組織在一起，從而實現相關圖形的繪制。這就意味著伴隨著信息化技術的高速發展，繪制方式相比以往變得更加高效快捷，可以在一定程度上替代人工，大大減少的工作人員的工作壓力，同時也為企業節省一大筆工作費用，建筑測量準確度沒有下降[1]。

2.3 改善無透視投影時的變形現象

三維掃描技術是采用投影透射的方式對相應的照片進行顯現，作為一種全新的攝影方式，它在具體的應用實踐中可以直接獲取需要的信息，主要包括建筑物立面的距離以及對應的角度等，在精密度方面將實現全新的升級，而且整個點位影像通常情況下也會變得更加清晰，可以在很大程度上防止和避免出現和傳統投影一樣的變形問題[2]。

2.4 不受自然天氣的影響

傳統的測量技術不僅對工作人員的能力有很大要求，同時還對自然環境有要求。惡劣的自然環境會破壞測量的準確度。三維激光掃描技術的設備部分也得到了一定的優化和完善，和傳統的設備形式相比，它在技術層面得到了相應的創新，已經具備較高的防水性能，與此同時從整個設備等使用優勢上看，它在遠程操作上也變得更加方便快捷，也就是說即使在不適應環境下，系統依舊可以正常工作，全面測量。這大大提高的工作人員的工作感官。伴隨著整個工程竣工之后驗收工作的不斷開展和深入，也可以給工作人員提供更為良好的工作環境[3]。

3.測量數據處理

3.1 掃描測量數據的預處理

周圍建筑在具體的建設施工中，容易受到環境因素的影響和制約，像是玻璃投射以及灌木叢遮擋都會導致出現出較大的噪音，在此基礎上就會進一步影響到整個點云數據，使其在真實性以及全面性上無法得到客觀真實地保障，從而直接使得點云質量變差。因此，在當前的工作實踐中，必須綜合考慮多種影響因素，對點云的進行適當的去噪處理。點云配準。根據采集數據在方式上存在的差異，對數據進行配準的時候需要從實際出發，結合現實情況選擇對應的方式。主要包括后視定向配準和站站配準兩者不同的模式。前者在進行配準工作時主要采用的是靶標進行與之相關聯的配準工作，需要結合建筑物施工的現實情況，將整個建筑物在 RieGL Riscan 軟件中進行適宜的模塊配準，這一過程中自然也需要輸入一些測站坐標和對應的靶標坐標，從某種程度上看，它正在成為確定點云數據全局坐標的前提和基礎。整個工作在運行期間主要采取四個同名點，而且主要選擇和使用的相對尖銳的物體角，在配準時有時候也需要人工配合，因此這就要求在一定的條件以及環境下，可以采用人工交互的方式進行移動測站，這一階段主要需要將那些還沒能配準的測站移動到已經配準的相關位置，從而為之后進行自動配準工作提供方便和便利。只有真正將誤差控制在理想的范圍內，才可以為下一站的配準工作提供必要的支撐和保障[4]。

3.2 建筑物面積測算

目前建筑物測量作業中常用的切片法參與并且實施面積測算，從整個工作運行的現實情況來看，它主要是需要提取特征線，在此基礎上真正設計出相對科學合理的切片厚度，從而對配準的三維點數據的各個水平面進行相應的切面處理，這樣就可以計算并且得到各個樓層的實際建筑面積。在具體實施和運行期間，通過輸出相應的繪圖文件，使其可以導入到對應的軟件中，在數據工具的編輯狀態和模式下就能參與和實施建筑物線畫圖的繪制，從而生成并且得到建筑物本身的面積[5]。

3.3 立面圖繪制

立面圖繪制工作難度大關鍵在于細節問題容易出錯。建筑物后期的竣工驗收是否合格需要依靠立面圖進行判斷。點云數據引導立面圖形成繪制，在三維掃描技術的加持下，立面圖繪制更為清晰，而且對整個建筑物的現場還原程度也在不斷優化和提高[6]。

4.應用實例

4.1 在城市地下空間測量中的應用

在房產建設中，地下空間常常會被開發商設計并且改造成停車場。使用傳統的測量方式對地下空間進行相應的測量，往往會存在一些不可忽視的問題。城市地下空間通常情況下，整個光照的條件比較差，這就意味著在工作的具體運行期間，常常需要人工打燈從而實現對測量工作的輔助，這一階段就很容易出現漏洞等情況。地下空間控制網在布設的時候本身就存在較大的難度，大多數情況下需要從地表引入一定的控制點，只有這樣才能實現對控制網的布設。但是需要注意的是，導線長短本身就不相等，地下空間也會存在較多的異常因素，這就直接導致整個測量的精確度和準確度無法得到切實的保障。傳統的測量需要經過導線等多次測量，在工作效率上相對規地下，生成的也是二維數據。再加上地下空間本身就存在一定的特殊性和復雜性，所以在具體的施工運行階段，常常需要考慮到較多的建筑結構，這就意味著整個工作中對數據傳輸的準確性也會產生并且帶來一定的影響[7]。長此以往，就會改變整個地下空間結構，對地下面積的計算也會產生一定的負面作用。地下空間測量具體實施過程如下：在地下空間的出入口附近對所有的控制點進行測量，在此基礎上要始終確保整個控制點的三維坐標從數量上看不少于三組，之后再根據行進路線對其進行全方位的掃描，這一過程中必須確保相鄰測距站在比例上能夠存在較高的重合度。對應的輸出數據也需要利用相應的軟件進行拼接，之后再通過成圖軟件在點云整體模型上提取更為關鍵的信息，最后實現對整個數據的高效化處理，編制出對應的數據成果。和傳統的測量方式進行比較分析，三維激光掃描技術對光照條件的要求相對較低，而且在黑暗的地下空間測量也會存在更大的技術優勢[8]。

4.2 在房產建設中土方測量的應用

利用三維激光掃描技術對房產項目的場地進行點云掃描以及對應的土方量計算，從整體上看，存在比較明顯的技術優勢，它的測量距離相對較長，而且在測量期間，速度也更加高效，可以最大限度確保整個測量結果的精確性和準確性，在不接觸的情況下就實現廣泛的測量。通過利用相關設備對土方進行大面積的掃描，也能在較短的時間內獲得大量的三維坐標信息，從而更加深刻的了解以及把握整個被測量物體表面起伏的實際狀態，從而進一步提高土方測量的精確度好準確性。這在房產施工初期的土方測量作業中可以進一步縮短工期，因此具備更大的推廣意義[9]。

結語：

三維激光技術在現階段的應用中，和傳統的測量方式相比，存在明顯的技術優勢，它在一定程度上改善了傳統測量技術的不足，可以全面提升作業效率，與此同時，在信息化技術的支撐下還可以生成三維立體圖像，從而確保測量結果的真實性和準確性，因此該技術在房產測量中的應用是非常重要且必要的。伴隨著我姑三維激光技術在社會上的高速推廣和應用，該技術在未來房產建設中也會起到關鍵性作用，真正促進房產建設的可持續發展。