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

【摘 要】三維激光掃描技術(shù)是一種具有較高可行性的測(cè)繪技術(shù)，在我國的地籍測(cè)繪工作中發(fā)揮著十分重要的作用。論文從三維激光掃描技術(shù)的定義出發(fā)，首先分析了三維激光掃描技術(shù)的具體應(yīng)用，然后以TrimbleTX8的具體應(yīng)用案例說明了三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用的可行性，希望對(duì)我國地籍測(cè)繪工作有所幫助。

【Abstract】3D laser scanning technology is a highly feasible surveying and mapping technology， which plays a very important role in surveying and mapping in China. This paper starts from the definition of 3D laser scanning technology， firstly analyzes the specific application of 3D laser scanning technology， and then illustrates the feasibility of the application of 3D laser scanning with the specific application cases of TrimbleTX8， and hopes to help the work of cadastral surveying and mapping in our country.

【關(guān)鍵詞】三維激光掃描技術(shù)；應(yīng)用；實(shí)踐

【Keywords】3D laser scanning technology； application； practice

【中圖分類號(hào)】P271 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）03-0193-02

1 引言

地籍測(cè)繪在我國已有2000余年的歷史，是相關(guān)土地管理部門進(jìn)行土地規(guī)劃、管理的重要數(shù)據(jù)來源，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?，F(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，并且要求周圍沒有電磁干擾。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。一般來說，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。

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)量過程中，直接引入測(cè)區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)。一般來說，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)量過程中，難免會(huì)遇到一些難以直接通過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5萬宗地。項(xiàng)目超過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明。

通過分析表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。

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

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)而能夠幫助國家更好地進(jìn)行國土資源管理。

【參考文獻(xiàn)】

【1】張振勇.三維激光在地籍測(cè)繪中的應(yīng)用[J].硅谷，2014（23）：71-71.

【2】周文婷.淺談三維激光掃描技術(shù)在地籍測(cè)繪中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（18）：300.