三維激光掃描技術(shù)在地籍測繪中的運(yùn)用

趙迎輝 李永亮

摘 要：三維激光掃描技術(shù)作為一種先進(jìn)的、高精度的立體掃描技術(shù)，具有采樣點(diǎn)速率高、數(shù)字化采集、點(diǎn)定位精度高、軟件功能全面、兼容性好、測量距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于地籍測繪領(lǐng)域中，可以改變傳統(tǒng)測繪作業(yè)流程，能夠在很大程度上提高地籍測繪的工作效率。下面筆者結(jié)合實(shí)踐，對三維激光掃描技術(shù)在地籍測繪中的應(yīng)用展開探討。

關(guān)鍵詞：地籍測繪；三維激光掃描技術(shù)；應(yīng)用；發(fā)展

1 三維激光掃描儀特點(diǎn)

通過激光測距原理（包括脈沖激光和相位激光），瞬時(shí)測得空間三維坐標(biāo)值的測量儀器。通過發(fā)射激光來掃描獲取被測物體表面三維坐標(biāo)和反射光強(qiáng)度的儀器，是一種無接觸式主動(dòng)測量系統(tǒng)。主要用于獲取高精度高分辨率的數(shù)字地形模型。其特點(diǎn)：

1.1三維測量

傳統(tǒng)測量概念里，所測的數(shù)據(jù)最終輸出的都是二維結(jié)果（如CAD出圖），在現(xiàn)在測量儀器里全站儀、GPS比重居多，但測量的數(shù)據(jù)都是二維形式的，在逐步數(shù)字化的今天，三維已經(jīng)逐漸的代替二維，因?yàn)槠渲庇^是二維無法表示的，現(xiàn)在的三維激光掃描儀每次測量的數(shù)據(jù)不僅僅包含X，Y，Z點(diǎn)的信息，還包括R，G，B顏色信息，同時(shí)還有物體反色率的信息，這樣全面的信息能給人一種物體在電腦里真實(shí)再現(xiàn)的感覺，是一般測量手段無法做到的。

1.2快速掃描

快速掃描是掃描儀誕生產(chǎn)生的概念，在常規(guī)測量手段里，每一點(diǎn)的測量費(fèi)時(shí)都在2-5秒不等，更甚者，要花幾分鐘的時(shí)間對一點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行測量，在數(shù)字化的今天，這樣的測量速度已經(jīng)不能滿足測量的需求，三維激光掃描儀的誕生改變了這一現(xiàn)狀，最初每秒1000點(diǎn)的測量速度已經(jīng)讓測量界大為驚嘆，而現(xiàn)在脈沖掃描儀（如Leica公司的scanstation2）最大速度已經(jīng)達(dá)到50000點(diǎn)/秒，相位式掃描儀最高速度已經(jīng)達(dá)到1010000點(diǎn)/秒，這是三維激光掃描儀對物體詳細(xì)描述的基本保證。工廠管道、隧道等地形復(fù)雜的領(lǐng)域無法測量的情況已經(jīng)成為過去式。

2 三維激光掃描技術(shù)在地籍測繪中的應(yīng)用

我國改革開放之后，一直被忽視的地籍管理工作逐漸受到了關(guān)注，國家為了能夠有效的管理地籍，出臺(tái)了很多法規(guī)政策，以法律的角度對地籍問題進(jìn)行了相關(guān)的規(guī)定。三維激光在地籍測繪中的應(yīng)用步驟：

2.1前期準(zhǔn)備

由于3D激光掃描儀屬于一種高速測量的全站儀系統(tǒng)，具有機(jī)身小、非接觸測量、不受環(huán)境影響的特點(diǎn)，主要是基于主動(dòng)式激光掃描原理來實(shí)現(xiàn)的。為此，在前期準(zhǔn)備工作中，只需要對測區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場勘查，并在實(shí)際作業(yè)中合理選擇位置，為今后的測量工作奠定良好的基礎(chǔ)。

2.2測區(qū)站點(diǎn)設(shè)置

3D激光掃描儀和常規(guī)全站儀是類似的，設(shè)站相對靈活，既可以選擇通視效果較好的巷道口，也可以選擇地勢較高的地方，由于3D激光掃描儀主要是采用獨(dú)立坐標(biāo)系進(jìn)行站點(diǎn)設(shè)置的，當(dāng)測區(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)的艦標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)站與站之間數(shù)據(jù)的拼接。

2.3掃描測量

當(dāng)站點(diǎn)設(shè)置完成后，需利用3D激光掃描儀進(jìn)行轉(zhuǎn)掃操作，通常5分鐘左右完成一站的掃描測量。當(dāng)掃描結(jié)束后，可以在設(shè)置的顯示屏上實(shí)時(shí)查看測量的云數(shù)據(jù)，若顯示屏上出現(xiàn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處于不理想?yún)^(qū)域，則可以對掃描儀的精度進(jìn)行調(diào)整，并重新掃描。為了直接引入測區(qū)的坐標(biāo)系統(tǒng)，在測量過程中，可以直接設(shè)置UPS測量儀器。在轉(zhuǎn)掃測量過程中，測區(qū)主要以建筑為主，若以街巷測量為主，則需要在房屋密集區(qū)內(nèi)布設(shè)站為輔的方式進(jìn)行，主要因?yàn)閮?nèi)街巷窄，UPS信號(hào)不穩(wěn)定。為了獲取高精度的地物坐標(biāo)，不僅要找到有利于生產(chǎn)作業(yè)的方式，同時(shí)在后期的測量中應(yīng)積極配合使用免棱鏡全站儀，在距離測量控制點(diǎn)不遠(yuǎn)的范圍內(nèi)均勻進(jìn)行定位坐標(biāo)測量，以方便坐標(biāo)系統(tǒng)能較快引入到后期數(shù)據(jù)拼接處理中。

2.4數(shù)據(jù)處理

對獲取到的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行測站的拼接，雖然設(shè)置的每個(gè)艦標(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，有利于提高測量的精確度為此，在拼站操作過程中，可以選定某一站作為拼接的參考點(diǎn)，然后加載相鄰站點(diǎn)及其他站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)完成初步的識(shí)別拼接，最終可查看拼接的整體效果及系統(tǒng)的拼接誤差。需要注意的是：由于拼接后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)海量，因計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理速度的局限性，可以采用分塊處理的方式逐一進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理，可以提高測區(qū)拼站后的精度。SSW車載移動(dòng)測量系統(tǒng)屬于一種快速、高效、無地面控制的測繪技術(shù)。總的來說，SD激光掃描儀和SSW車載移動(dòng)測量系統(tǒng)在地籍測繪中都發(fā)揮了重要作用，在實(shí)際工作測量中，可以將兩種技術(shù)有效結(jié)合起來，優(yōu)勢互補(bǔ)，可大幅度提高地籍測繪的工作效率。

3 三維激光掃描技術(shù)的未來發(fā)展展望

地籍測繪需要應(yīng)該到很多技術(shù)，其中三維激光掃描技術(shù)最關(guān)鍵。該技術(shù)屬于GPS范疇，是一種新型技術(shù)，可以在非常短的時(shí)間內(nèi)獲得三維信息。三維激光掃描技術(shù)與普通的掃描儀進(jìn)行比較，前者的優(yōu)勢更加明顯，三維激光掃描技術(shù)既有快速處理的能力，同時(shí)還能夠保證精度，另外，其適應(yīng)性非常強(qiáng)，幾乎任何掃描環(huán)境都可以應(yīng)用，效率極高。三維激光掃描技術(shù)在地籍測繪中使用，工作人員能夠獲得更多更鮮明的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，也就能夠更加真實(shí)的獲得地物信息。迄今為止，還沒有任何一種技術(shù)能夠在測繪領(lǐng)域超過三維激光掃描技術(shù)。

信息時(shí)代的到來，三維激光掃描技術(shù)將會(huì)向著更加智能化的方向發(fā)展，其處理效率與質(zhì)量都將會(huì)有所提高，同時(shí)為了保證其優(yōu)勢持續(xù)下去，我國相關(guān)部門也會(huì)投入一定的資金，組建專業(yè)人員，以此對該技術(shù)進(jìn)行更加深入的研究。

結(jié)語

在地籍測繪工作中，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繪的效率和測繪精度，因此，相關(guān)測繪人員需要積極研究三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用范圍，提高測繪水平，進(jìn)而能夠幫助國家更好地進(jìn)行國土資源管理。

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