三維激光掃描技術(shù)在園林綠化竣工測(cè)量中的運(yùn)用研究

李東杰

（烏蘭察布市園林防滅火隊(duì)，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000）

伴隨著新時(shí)代的到來(lái)，越來(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們生產(chǎn)生活之中，并且發(fā)揮非常重要的作用。就以三維激光掃描技術(shù)來(lái)講，該項(xiàng)技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，比如穿透性較強(qiáng)、數(shù)字化處理、自動(dòng)化處理、測(cè)量精準(zhǔn)度較高等等，這使得該項(xiàng)技術(shù)被應(yīng)用于軍事、測(cè)繪、工程、交通等領(lǐng)域之中?；诖?，在園林綠化竣工測(cè)量要求較高、測(cè)繪點(diǎn)較多的情況下可積極引用三維激光掃描技術(shù)，進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)量，獲得精準(zhǔn)度較高的測(cè)量數(shù)據(jù)，為竣工驗(yàn)收提供參考依據(jù)。

1 三維激光掃描技術(shù)的概述

三維激光掃描技術(shù)又稱為實(shí)景復(fù)制技術(shù)，它產(chǎn)生于上世紀(jì)九十年代，是測(cè)繪領(lǐng)域中推出GPS技術(shù)之后的又一技術(shù)革命。在測(cè)繪領(lǐng)域之中能夠進(jìn)行高速激光掃描測(cè)量，獲得面積較大、分辨率較高的事物表面各個(gè)點(diǎn)的基本信息，包括各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)軸、反射率及所呈現(xiàn)的顏色等，與此同時(shí)在大量數(shù)據(jù)信息的支持下能夠?qū)?shù)據(jù)信息予以整合應(yīng)用，從而構(gòu)建1:1真彩色的三維點(diǎn)云模型，能夠支持多項(xiàng)工作，比如數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、內(nèi)業(yè)處理等，可極大程度上提高工作質(zhì)量和效率。與傳統(tǒng)的單點(diǎn)掃描相比較，三維激光掃描技術(shù)的優(yōu)勢(shì)非常明顯，比如適用性較強(qiáng)、掃描速度較快、穿透性較強(qiáng)、不需要接觸掃描對(duì)象、密度與精度較高、支持?jǐn)?shù)字化操作、支持自動(dòng)化操作、支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取等等。當(dāng)然，三維激光掃描技術(shù)之所以能夠有效應(yīng)用，主要是因?yàn)樵擁?xiàng)技術(shù)在具體應(yīng)用的過(guò)程中，確定目標(biāo)對(duì)象，即可設(shè)置關(guān)于目標(biāo)對(duì)象的完整的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)測(cè)量，從而獲得全景點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，這是因?yàn)樵擁?xiàng)技術(shù)利用激光測(cè)距的原理，通過(guò)記錄被測(cè)物體表面大量的密集的點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，可快速?gòu)?fù)建出被測(cè)目標(biāo)的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。正因如此，三維激光掃描技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于諸多領(lǐng)域之中，比如建筑檢測(cè)、交通事故處理、土木工程、船舶設(shè)計(jì)、數(shù)字城市、軍事分析等等，發(fā)揮著不可忽視的作用。

2 園林綠化竣工測(cè)量技術(shù)應(yīng)用要求

在“綠水青山就是金山銀山”環(huán)保理念下，國(guó)內(nèi)城市建設(shè)朝著生態(tài)化方向邁進(jìn)。為了能夠促進(jìn)人與自然和諧共處，也為了改善城市環(huán)境，目前城市建設(shè)之中越來(lái)越重視園林綠化工程建設(shè)。而從以往工程建設(shè)實(shí)踐結(jié)果來(lái)看，諸多因素影響園林綠化建設(shè)質(zhì)量。所以，加強(qiáng)園林綠化竣工測(cè)量是非常有必要的，能夠提高竣工驗(yàn)收的準(zhǔn)確性。

園林綠化竣工測(cè)量的基本特點(diǎn)是需要采集的測(cè)量要素較多、采集要素的屬性較雜、測(cè)量精確度要求較高等等。這就需要所選用的測(cè)量技術(shù)及配套設(shè)施在具體應(yīng)用的過(guò)程中能夠?qū)Σ煌瑯淠尽⑸珘K、植被、草坪、水生植物、園林設(shè)施、園路、建筑物、水體等要素予以采集；需要對(duì)綠化屬性予以確定，比如植物名稱、植物高度、植物種植面積、植物生長(zhǎng)情況、不同樹木樹穴類型、冠徑大小等等；需要保證點(diǎn)狀要素的坐標(biāo)位置誤差應(yīng)當(dāng)小等于0.5m，面狀要素坐標(biāo)位置的誤差應(yīng)當(dāng)小等于1m，樹徑丈量中誤差一般要求小等于1cm，冠徑丈量的誤差應(yīng)小等于0.5m；樹高測(cè)量誤差應(yīng)當(dāng)小定于1m。

3 園林綠化竣工測(cè)量中三維激光掃描技術(shù)的有效應(yīng)用

3.1 園林綠化數(shù)據(jù)外業(yè)采集

在利用三維激光掃描儀來(lái)進(jìn)行園林綠化數(shù)據(jù)野外采集，要求：（1）在每個(gè)綠化測(cè)量片區(qū)周邊進(jìn)行測(cè)量，合理設(shè)置圖根控制點(diǎn)，并且盡可能地提高控制點(diǎn)平面精度和高程精度，使之5㎝范圍內(nèi)，在每個(gè)圖根點(diǎn)上設(shè)置儀器設(shè)備，之后三維激光掃描，那么能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)定位。（2）在利用三維激光掃描儀來(lái)具體掃描園林綠化要素，需要遵循最少測(cè)站下覆蓋全區(qū)域的原則，所以相關(guān)工作人員需要特別注意優(yōu)化設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)測(cè)站的位置，在保證全區(qū)域測(cè)量的情況下設(shè)置的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)站最少。（3）采用球形靶標(biāo)作為掃描的同名點(diǎn)，便于后期點(diǎn)云數(shù)據(jù)的自動(dòng)匹配。而為了能夠做到這一點(diǎn)，需要相關(guān)工作人員能夠在兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)站之間至少要設(shè)置3個(gè)公共的球形靶標(biāo)，并且合理設(shè)置球形靶標(biāo)的位置，促使點(diǎn)源配準(zhǔn)自動(dòng)識(shí)別更加準(zhǔn)確，能夠真正做到精準(zhǔn)掃描。（4）在對(duì)園林綠化區(qū)域內(nèi)的建筑物進(jìn)行激光掃描的過(guò)程中需要將多層建筑作為后期點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的公共面，以便能夠?qū)Χ鄬咏ㄖ牟杉c(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)定位，使得激光掃描能夠快速且準(zhǔn)確的展開(kāi)，減少作業(yè)時(shí)間。（5）采油適合的軟件與三維激光掃描儀相連，以便將三維激光掃描于獲取到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)直接上傳至軟件，可直接利用軟件的數(shù)據(jù)分析功能，對(duì)點(diǎn)源數(shù)據(jù)加以處理、保存。

3.2 園林綠化點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理

園林綠化點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理是否合理，是否有效，在一定程度上決定園林綠化竣工驗(yàn)收能否更加合理的展開(kāi)。出于精準(zhǔn)驗(yàn)收的考慮，相關(guān)工作人員需要選用功能齊全且適合的點(diǎn)云測(cè)圖軟件對(duì)所獲取的園林綠化數(shù)據(jù)加以處理，也就是能夠直接利用該軟件測(cè)量園林綠化內(nèi)不同樹木的點(diǎn)位、樹高、冠徑等要素邊線。在具體應(yīng)用點(diǎn)云測(cè)圖軟件來(lái)處理數(shù)據(jù)之前，需要相關(guān)工作人員特別注意的是進(jìn)行文件格式轉(zhuǎn)換，如若前期文件格式不一致，那么后續(xù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理之中可能受文件格式影響，導(dǎo)致某些數(shù)據(jù)丟失或者某些數(shù)據(jù)整合不到位等情況發(fā)生。在具體利用點(diǎn)源測(cè)圖軟件來(lái)進(jìn)行園林綠化數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，首先需要設(shè)置園林綠化屬性要素文件，也就是統(tǒng)一設(shè)置模板數(shù)據(jù)，基于統(tǒng)一的屬性參數(shù)，來(lái)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，比如統(tǒng)一采集高度約1.3m的樹徑，如果存在有利于樹木下面種植有色塊的，需要對(duì)設(shè)置的采集樹徑高度進(jìn)行重新的調(diào)整。此時(shí)需要工作人員在軟件上對(duì)下方?jīng)]有色塊的樹木和下方有色塊的樹木位置加以捕捉。在這一過(guò)程中首先對(duì)園林綠化之中的喬木位置加以捕捉，之后進(jìn)行小喬木以及灌木位置的捕捉。如若這一過(guò)程中未能準(zhǔn)確的捕捉樹木的位置，那么需要借助軟件的編輯功能手繪樹木點(diǎn)位。三維激光掃描儀應(yīng)用的過(guò)程中也可能存在不能準(zhǔn)確辨別某些樹木的確切點(diǎn)位，此時(shí)需要工作人員基于三維視圖和全景影像來(lái)判斷樹木的位置，進(jìn)而獲取到樹木的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。如若園林綠化之中樹冠影響道路或者樹木下方色塊，導(dǎo)致點(diǎn)云平面圖難以清晰地呈現(xiàn)出路邊線和色塊邊線時(shí)，需要將樹冠的點(diǎn)云按照pos高度過(guò)濾隱藏，進(jìn)而將路邊線和色塊邊線呈現(xiàn)出來(lái)并加以提取。利用軟件導(dǎo)出外業(yè)調(diào)查工作底圖，在該圖上詳細(xì)的標(biāo)注出不同屬性數(shù)據(jù)，比如樹徑的點(diǎn)云數(shù)據(jù)、樹高的點(diǎn)云數(shù)據(jù)、冠徑的點(diǎn)云數(shù)據(jù)等等，并且套合地形圖及正射影像數(shù)據(jù)，如此能夠?yàn)橄嚓P(guān)竣工驗(yàn)收人員提供詳細(xì)的樹木名稱及相關(guān)數(shù)據(jù)，以便其能夠?qū)Σ煌瑯淠镜臉淝o、樹高、樹冠等進(jìn)行測(cè)量，對(duì)比分析園林綠化工程建設(shè)是否符合相關(guān)規(guī)范要求。

3.3 精度評(píng)估和效率分析

相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)表明，利用三維激光掃描儀來(lái)采集園林綠化數(shù)據(jù)，對(duì)不同樹木點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度加以檢驗(yàn)。經(jīng)過(guò)詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，可知不同樹木位置、冠徑以及樹高等要素的數(shù)據(jù)誤差均在允許范圍之內(nèi)；對(duì)比三維激光掃描儀進(jìn)行的樹徑測(cè)量和樹徑尺測(cè)量的數(shù)據(jù)，分析三維激光掃描儀應(yīng)用的情況下豎徑測(cè)量數(shù)據(jù)是否精準(zhǔn)，結(jié)果顯示豎徑測(cè)量的誤差范圍在±0.25cm之間，這一精準(zhǔn)度達(dá)到園林綠化竣工測(cè)量技術(shù)應(yīng)用要求。所以從精準(zhǔn)度的角度來(lái)講，三維激光掃描技術(shù)適合應(yīng)用于園林綠化竣工測(cè)量之中。

目前園林綠化竣工測(cè)量之中，三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用主要是進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)掃描、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理以及外業(yè)現(xiàn)場(chǎng)核查三個(gè)部分，這三個(gè)部分分別占總工作量的30%，30%以及40%，這充分說(shuō)明了合理地利用三維激光掃描技術(shù)來(lái)進(jìn)行竣工測(cè)量能夠在一定程度上提高工作效率，減少勞動(dòng)力，獲得準(zhǔn)確的竣工驗(yàn)收結(jié)果創(chuàng)造了條件。

4 案例研究

按照某市園林綠化地理信息系統(tǒng)的要求，園林綠化竣工測(cè)量需要對(duì)規(guī)格樹木，信息規(guī)格樹木與冠縣關(guān)系信息，綠地屬性，信息，利率覆蓋厚度情況信息等方面加以掌握。為了保證本次園林綠化竣工測(cè)量能夠獲得到精準(zhǔn)度較高的信息數(shù)據(jù)，相關(guān)負(fù)責(zé)人組織測(cè)量人員利用Trimble TX8激光掃描儀來(lái)展開(kāi)該項(xiàng)工作。該掃描儀采用超高速脈沖激光每秒掃描點(diǎn)，可達(dá)到100萬(wàn)個(gè)最大側(cè)層距離約為340m集成了內(nèi)置相機(jī)，可在兩分鐘之內(nèi)獲取到全景H DR圖像并且快速地生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

4.1 規(guī)格樹木數(shù)據(jù)信息的采集

在具體利用激光掃描儀來(lái)進(jìn)行規(guī)格樹木掃描之前需要相關(guān)工作人員能夠明確園林部門的要求，掌握規(guī)格樹木的標(biāo)準(zhǔn)，也就是垂直于樹木種植地，平面約1.2m的樹干，胸徑大于20cm的樹木。進(jìn)而合理的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)站，利用激光掃描儀對(duì)規(guī)格樹木進(jìn)行掃描，采集云點(diǎn)數(shù)據(jù)，具體包括規(guī)格樹木的空間位置、樹徑、樹種、地址等。在具體進(jìn)行規(guī)格樹木點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中可同時(shí)對(duì)已經(jīng)竣工的規(guī)則且多層建筑的云點(diǎn)數(shù)據(jù)加以采集，同樣是先定位規(guī)則，多層建筑的坐標(biāo)系統(tǒng)，設(shè)置采集點(diǎn)，進(jìn)而全面掃描建筑物，采集云點(diǎn)數(shù)據(jù)。如此即可實(shí)現(xiàn)規(guī)格樹木以及建筑的同步測(cè)量確保坐標(biāo)系的統(tǒng)一，同時(shí)也能夠提高數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度。另外，一次性測(cè)量可減少儀器重復(fù)使用。

4.2 規(guī)格樹與管線關(guān)系數(shù)據(jù)采集

園林綠化地理信息系統(tǒng)之中地下管線數(shù)據(jù)是規(guī)格樹木信息的重要組成部分，為了能夠更加全面地了解地下管線能否會(huì)給規(guī)格樹木的成長(zhǎng)帶來(lái)一定的負(fù)面影響，在本次園林綠化竣工測(cè)量之際，還需要對(duì)規(guī)格數(shù)與管線關(guān)系數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。也就是利用激光掃描儀及輔助設(shè)施來(lái)進(jìn)行園林綠化范圍內(nèi)的管線的云點(diǎn)數(shù)據(jù)采集。這需要相關(guān)工作人員首先要對(duì)園區(qū)內(nèi)管線部署情況加以明確，按照激光掃描儀的應(yīng)用要求，合理地規(guī)劃管線測(cè)量片區(qū)，進(jìn)而合理地設(shè)置儀器架設(shè)的位置，利用儀器進(jìn)行全區(qū)范圍內(nèi)的管線掃描，從而掌握排水、天然氣、通信等方面的管線的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

4.3 綠地屬性數(shù)據(jù)采集

本次利用激光掃描儀來(lái)進(jìn)行綠地屬性數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中主要是對(duì)綠地編號(hào)綠地面積，所屬區(qū)域、卷權(quán)屬單位利率類別等方面數(shù)據(jù)信息加以采集。綠地編號(hào)及社區(qū)是賦予每塊綠地的編號(hào)，對(duì)于這部分信息的采集，主要是需要工作人員向甲方詢問(wèn)綠地的權(quán)屬單位及所屬社區(qū)之后進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢。

4.4 園林綠化數(shù)據(jù)的處理

在采集到園林綠化竣工測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)的情況下，為了能夠有效地整理數(shù)據(jù)，并且完整的保存到園林綠化地理信息系統(tǒng)之中，相關(guān)工作人員利用Arc GIS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理。

（1）在具體利用軟件識(shí)別不同園林綠化要素的云點(diǎn)數(shù)據(jù)之前首先需要進(jìn)行統(tǒng)一的文件格式設(shè)置，之后利用軟件的空間分析功能，對(duì)垂直相交的規(guī)格樹木的勻點(diǎn)數(shù)據(jù)及管線的源點(diǎn)數(shù)據(jù)加以識(shí)別，第2填寫到規(guī)格樹木與管線信息屬性表之中。

（2）利用軟件的圖形編輯功能，對(duì)整合本次所采集到的園林綠化竣工測(cè)量數(shù)據(jù)，生成1:500的地形圖，即數(shù)字線畫圖，也就是以點(diǎn)線面或者地圖特定圖形符號(hào)，將地形圖之中涵蓋的園林綠化要素加以標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)本文分析，園林綠化竣工測(cè)量技術(shù)要求較高，傳統(tǒng)單點(diǎn)掃描方法并不適用于園林綠化竣工測(cè)量，容易造成測(cè)量誤差較大、測(cè)量精準(zhǔn)度不高、測(cè)量效率較低等情況發(fā)生。對(duì)此，應(yīng)當(dāng)利用三維激光掃描技術(shù)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)單點(diǎn)掃描方法，應(yīng)用于園林綠化竣工測(cè)量之中，能夠滿足測(cè)量要求，獲得精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，為更加科學(xué)合理地進(jìn)行竣工驗(yàn)收提供參考依據(jù)。