探析地籍測(cè)量測(cè)繪中的三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

孫健

摘? ?要：三維激光掃描技術(shù)體現(xiàn)出速度快、精度高、使用便捷、對(duì)環(huán)境要求低的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，可以較好地應(yīng)用于地籍測(cè)量測(cè)繪實(shí)踐之中，利用全自動(dòng)高精度立體掃描技術(shù)進(jìn)行地籍測(cè)繪作業(yè)，實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)和特征的三維建模，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)地籍成圖的作業(yè)方式，降低外業(yè)人員的工作強(qiáng)度，縮減外業(yè)工作周期，提升地籍測(cè)量測(cè)繪作業(yè)的自動(dòng)化水平。

關(guān)鍵詞：地籍測(cè)量測(cè)繪? 三維激光掃描技術(shù)? 應(yīng)用

我國成功引入了3S、攝影測(cè)量與遙感技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)，尤其是非接觸主動(dòng)測(cè)量的三維激光掃描技術(shù)能夠高分辨率、快速獲取被測(cè)對(duì)象的空間三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取地物要素，突破了常規(guī)地籍測(cè)繪的局限性，推進(jìn)了地籍測(cè)繪的發(fā)展和進(jìn)步。

1? 地籍測(cè)量測(cè)繪概述

（1）地籍控制測(cè)量。主要依循“整體到局部、分級(jí)布網(wǎng)”的方式，進(jìn)行各等級(jí)控制網(wǎng)的布設(shè)，實(shí)現(xiàn)地籍首級(jí)控制測(cè)量和地籍圖根控制測(cè)量，其中，地籍首級(jí)平面控制網(wǎng)測(cè)量采用靜態(tài)全球定位系統(tǒng)，通過水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量等方式，實(shí)現(xiàn)地籍首級(jí)平面網(wǎng)點(diǎn)的控制;地籍圖根控制測(cè)量則采用動(dòng)態(tài)全球定位系統(tǒng)，通過RTK的方法布設(shè)圖根點(diǎn)，以三角高程測(cè)量技術(shù)施測(cè)，確保每個(gè)圖根點(diǎn)至少與一個(gè)相鄰圖根點(diǎn)的通視，有效提升地籍控制測(cè)量精度。

（2）地籍要素調(diào)查。主要是進(jìn)行土地權(quán)屬的調(diào)查，包括不同宗地的土地權(quán)屬狀況和界址等內(nèi)容，并據(jù)此繪制宗地草圖，填寫地籍調(diào)查表。具體的測(cè)量手段為全野外數(shù)字測(cè)圖和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量成圖，并采用幾何要素法和坐標(biāo)法進(jìn)行土地面積量算[1]。

2? 三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用原理分析

三維激光掃描系統(tǒng)主要包括有機(jī)載型激光掃描系統(tǒng)、地面型激光掃描系統(tǒng)、手持型激光掃描儀，主要目的是獲取被測(cè)目標(biāo)的三維坐標(biāo)信息，測(cè)量原理主要包括以下內(nèi)容。

（1）測(cè)距方法。要結(jié)合不同的激光掃描應(yīng)用領(lǐng)域，選擇相應(yīng)的測(cè)距方法，其中：三角測(cè)距法適用于近距離測(cè)量，可以達(dá)到微米級(jí)的精準(zhǔn)測(cè)量，以三角形幾何關(guān)系為依托，求算掃描中心和掃描對(duì)象的距離。脈沖測(cè)距法則是利用發(fā)射和接收激光脈沖信號(hào)的時(shí)間差，求取被測(cè)目標(biāo)的距離。相位測(cè)距法能夠?qū)崿F(xiàn)毫米級(jí)的測(cè)量精度要求，是通過測(cè)定調(diào)制光信號(hào)在被測(cè)距離的往返傳播相位差，求取被測(cè)距離。

（2）測(cè)角方法?？梢圆捎媒俏灰茰y(cè)量法和線位移測(cè)量法，獲取記錄線位移量。

（3）獲取數(shù)據(jù)。利用伺服驅(qū)動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)控制多面掃描棱鏡，確定激光束出射方向，實(shí)現(xiàn)脈沖激光束的縱橫軸方向快速掃描，獲悉所有掃描點(diǎn)的距離及方向角，確定所有掃描點(diǎn)與測(cè)站的相對(duì)空間坐標(biāo)。

（4）定向。計(jì)算定向識(shí)別標(biāo)志的中心坐標(biāo)，進(jìn)行兩坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換參數(shù)的計(jì)算求取，實(shí)現(xiàn)三維激光掃描的定向。

3? 地籍測(cè)量測(cè)繪中的三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 SSW車載移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用

（1）前期準(zhǔn)備。這是一種快速、高效、無地面控制的測(cè)繪技術(shù)，各模塊以GPS時(shí)間為主線進(jìn)行同步協(xié)調(diào)操作，依據(jù)相互之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系求取所測(cè)目標(biāo)點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)，采用推掃、轉(zhuǎn)掃等不同作業(yè)方式，采集移動(dòng)和定點(diǎn)數(shù)據(jù)，獲悉目標(biāo)地物的絕對(duì)坐標(biāo)和紋理信息，體現(xiàn)出掃描距離遠(yuǎn)、精度高、范圍大的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。前期準(zhǔn)備工作主要包括調(diào)查底圖制作和現(xiàn)場(chǎng)勘查兩個(gè)內(nèi)容，要重點(diǎn)考慮交通情況、地勢(shì)條件、站點(diǎn)掃描重疊情況，初步確立24個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)掃測(cè)量。

（2）確定站點(diǎn)。在穩(wěn)固安裝調(diào)整測(cè)量?jī)x器的條件下，對(duì)每個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)掃測(cè)量，可以將每一個(gè)站點(diǎn)設(shè)置8～12個(gè)檢查點(diǎn)，通常將其設(shè)置于胡同中或開闊地，確保檢查點(diǎn)的視線通透性。同時(shí)，在確定站點(diǎn)之后、測(cè)量之前，要架設(shè)GPS基站，獲悉地籍?dāng)?shù)據(jù)的絕對(duì)坐標(biāo)。

（3）轉(zhuǎn)掃測(cè)量。采用轉(zhuǎn)掃測(cè)量的方法，各站掃描時(shí)間設(shè)定為45min，獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景拍攝?？紤]到測(cè)量車自身體積偏大，存在測(cè)量車半徑3m左右的測(cè)量盲區(qū)，因而要將站點(diǎn)盡量設(shè)置在距離建筑適宜距離的條件下，以獲取和接收點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

（4）數(shù)據(jù)采集及處理?？梢酝ㄟ^點(diǎn)云數(shù)據(jù)和同步照片相結(jié)合的方式，獲悉地籍要素的點(diǎn)、線信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)有效點(diǎn)的識(shí)別和提取。要注意的是，在進(jìn)行同步照片拍攝的讀取過程中，要通過照片拍攝時(shí)間、位置、旋轉(zhuǎn)角度、大小等數(shù)據(jù)，進(jìn)行照片顯示透明度的合理調(diào)節(jié)，幫助內(nèi)業(yè)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和判斷。同時(shí)，還要進(jìn)行快速建模，基于SSW點(diǎn)云數(shù)據(jù)之間的拓?fù)潢P(guān)系及彩色點(diǎn)云對(duì)應(yīng)的照片信息，提取相鄰點(diǎn)云像素信息，并結(jié)合用戶感興趣區(qū)的約束條件，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的快速建模。最后，在完成全測(cè)區(qū)的測(cè)量成圖之后，可以利用全站儀進(jìn)行點(diǎn)位的核查，抽取若干個(gè)檢查點(diǎn)，確認(rèn)地籍測(cè)量中對(duì)界址點(diǎn)的精度要求，有效地將外業(yè)轉(zhuǎn)為內(nèi)業(yè)，降低外業(yè)人員的工作強(qiáng)度。

3.2 3D激光掃描儀的應(yīng)用

本文選用德國Z+F公司的Imager 5010三維激光掃描儀進(jìn)行地籍測(cè)量，利用其采集速度快、高分辨率、高精度、非接觸式測(cè)量、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)，全方位自動(dòng)獲取海量的三維地形數(shù)據(jù)，形成地籍點(diǎn)云數(shù)據(jù)集合，并利用該儀器的外接GPS功能，實(shí)時(shí)獲取和采集地物的絕對(duì)坐標(biāo)。

（1）前期準(zhǔn)備。要預(yù)先進(jìn)行地籍現(xiàn)場(chǎng)勘查工作，利用3D激光掃描儀的非接觸式、主動(dòng)性激光掃描原理，合理選擇實(shí)際作業(yè)的站位。

（2）站點(diǎn)設(shè)置。通常將站點(diǎn)設(shè)置在通視效果良好、地勢(shì)較高的控制點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行對(duì)中整平，可以在每一個(gè)站點(diǎn)的作業(yè)行進(jìn)路線上設(shè)置覘標(biāo)，通過各個(gè)站點(diǎn)的獨(dú)立坐標(biāo)系，實(shí)現(xiàn)各站點(diǎn)間數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)拼接。

（3）轉(zhuǎn)掃測(cè)量?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)地物的轉(zhuǎn)掃測(cè)量操作，快速實(shí)現(xiàn)一站的掃描測(cè)量作業(yè)，實(shí)時(shí)采集和查看點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)不夠清晰的區(qū)域，采用局部掃描精度調(diào)整的方式，獲取最大范圍測(cè)區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)下的坐標(biāo)點(diǎn)。同時(shí)，在后期的測(cè)量作業(yè)中，還可以將3D激光掃描儀與免棱鏡全站儀相結(jié)合，對(duì)站標(biāo)十字靶心進(jìn)行均勻的點(diǎn)位坐標(biāo)測(cè)量，為后續(xù)的數(shù)據(jù)拼接處理做好準(zhǔn)備。

（4）數(shù)據(jù)處理。利用Z+FLaserControl軟件進(jìn)行三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接處理，通過對(duì)不同站標(biāo)十字靶心的自動(dòng)識(shí)別，參考兩站間重疊區(qū)域的共同特征點(diǎn)，有效規(guī)避數(shù)據(jù)拼接處理的偏差。同時(shí)，軟件能夠自動(dòng)進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的剖面裁切，提取被測(cè)地物的特征性，依循以下流程完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)處理：多站點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、地物提取、CASS成圖，考慮到拼接后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)量較大，可以進(jìn)行分塊處理操作。并通過導(dǎo)出切片和剖面成像的方式，自動(dòng)快速提取地物特征線，呈現(xiàn)出地物建筑的平面圖。

4? 結(jié)語

綜上所述，地籍測(cè)量測(cè)繪中的三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用體現(xiàn)出快速、靈活、高精度的特點(diǎn)，能夠獲取地物高精度的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，滿足地籍測(cè)量要素的精度要求，可以通過移動(dòng)測(cè)量車和3D激光掃描儀等不同載體，提取三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)，獲悉地籍測(cè)量測(cè)繪成果，有效降低外業(yè)工作強(qiáng)度，提升地籍測(cè)量測(cè)繪工作效率。作為新型的測(cè)量技術(shù)，三維激光掃描技術(shù)突破常規(guī)傳統(tǒng)測(cè)量的局限性，真實(shí)再現(xiàn)地物的形態(tài)信息，利用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取地物的三維空間數(shù)據(jù)，與立體化的土地集約化利用趨勢(shì)相契合。

參考文獻(xiàn)

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