三維激光掃描技術(shù)在地籍測(cè)繪中的應(yīng)用

余德坤

廣東省國(guó)土資源測(cè)繪院 廣東 廣州 510000

從地籍測(cè)繪的發(fā)展歷程角度來(lái)看，我國(guó)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了2000多年的發(fā)展，并取得了一系列較為突出的成就。現(xiàn)階段所開(kāi)展的各種土地規(guī)劃、土地管理工作，更是需要利用到地籍測(cè)繪信息的優(yōu)勢(shì)。在傳統(tǒng)地籍測(cè)繪工作中，弊端較為明顯，對(duì)后期工作產(chǎn)生了一定負(fù)面作用?，F(xiàn)階段三維激光掃描技術(shù)作為一種最為常見(jiàn)的地籍測(cè)繪技術(shù)，如果能夠?qū)⑵溥\(yùn)用到地籍測(cè)繪工作中，則可以更好地提升地籍測(cè)繪速度。

1 三維激光掃描技術(shù)概述

從三維激光掃描技術(shù)的內(nèi)涵角度進(jìn)行分析，這是一種在信息技術(shù)和遙感技術(shù)的基礎(chǔ)之上所建立的一種掃描系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)還具備了較為明顯的立體化特征。從硬件設(shè)備角度來(lái)看，其中所涉及到的設(shè)備較多，但主要集中在激光發(fā)射器、接收器以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。從其原理角度進(jìn)行分析[1]，三維激光掃描儀在運(yùn)用的過(guò)程中會(huì)對(duì)被檢測(cè)的環(huán)境自動(dòng)發(fā)出激光信號(hào)。激光信號(hào)在經(jīng)過(guò)物體表面之后便會(huì)形成反射，如果可以被探測(cè)接收器所接收便可以存儲(chǔ)到云數(shù)據(jù)系統(tǒng)中。如果后續(xù)工作中需要利用這些數(shù)據(jù)，便可以進(jìn)行及時(shí)提取，從而更好地提升工作效率。同時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)海量信息的有效處理，為后續(xù)工作的開(kāi)展創(chuàng)造良好條件。如圖1，為北京一所公司所建造的三維激光掃描儀。

圖1 三維激光掃描儀示意圖

2 地籍測(cè)繪及其工作要素分析

當(dāng)前階段，我國(guó)所開(kāi)展的各項(xiàng)地籍測(cè)繪工作主要是以土地權(quán)屬調(diào)查為工作的立足點(diǎn)和出發(fā)點(diǎn)。通過(guò)前期地籍測(cè)繪工作中所獲得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，為后續(xù)相關(guān)工作的有序開(kāi)展創(chuàng)造良好條件，并提供指導(dǎo)性意見(jiàn)。結(jié)合前期相關(guān)調(diào)查和研究可以發(fā)現(xiàn)：我國(guó)現(xiàn)階段所開(kāi)展的地籍測(cè)繪工作中，其中所包含的工作內(nèi)容主要集中在地籍的測(cè)量、控制以及各項(xiàng)調(diào)查要素、測(cè)量要素等方面[2]。為了進(jìn)一步提升地籍測(cè)繪工作質(zhì)量和效率，在實(shí)際工作中，還需要結(jié)合具體工作的實(shí)際情況，落實(shí)由高級(jí)到低級(jí)、由整體到局部的工作原則，從而更好地提升地籍測(cè)繪的工作質(zhì)量。從我國(guó)地域特點(diǎn)來(lái)看，陸地范圍廣泛，導(dǎo)致地籍測(cè)繪的工作量較大。若想進(jìn)一步提高地籍測(cè)繪數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，還需要綜合利用到各種新式測(cè)繪技術(shù)和設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，以便促進(jìn)地籍測(cè)繪工作的有序開(kāi)展。

綜合上述特點(diǎn)來(lái)看，在今后所開(kāi)展的地籍測(cè)繪工作中需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，選擇最為合適的測(cè)繪技術(shù)，推動(dòng)測(cè)繪工作的有序開(kāi)展。三維激光掃描技術(shù)作為一種新興技術(shù)，工作人員在利用的過(guò)程中需要實(shí)現(xiàn)對(duì)各種三維點(diǎn)的大量采集。盡管是在復(fù)雜的環(huán)境中，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)信息的有效掃描。針對(duì)測(cè)量工作中所出現(xiàn)的不規(guī)則地域、復(fù)雜程度較高的范圍之內(nèi)，則可以利用到大型實(shí)景三維數(shù)據(jù)測(cè)量的方式，完成對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息的獲取和處理。并綜合利用到計(jì)算機(jī)技術(shù)、輔助軟件的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量目標(biāo)物的三維點(diǎn)云模型構(gòu)建工作。在后續(xù)的實(shí)際工作中，對(duì)其進(jìn)行有效運(yùn)用[3]。

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

三維激光掃描技術(shù)在運(yùn)用的過(guò)程中需要充分結(jié)合三維激光掃描儀的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于被檢測(cè)區(qū)域范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和處理。從該方面特點(diǎn)來(lái)看，儀器本身設(shè)備的質(zhì)量將會(huì)直接影響到整個(gè)測(cè)繪工作的精準(zhǔn)性。因此，在今后工作中，需要工作人員充分認(rèn)識(shí)到前期準(zhǔn)備工作的重要性。通過(guò)前期充分的準(zhǔn)備，為后續(xù)相關(guān)工作的有序開(kāi)展創(chuàng)造良好條件。具體來(lái)看，可以從以下幾個(gè)方面開(kāi)展具體工作。首先，在儀器的選擇和參數(shù)的調(diào)整方面，應(yīng)當(dāng)結(jié)合地籍測(cè)繪方面的實(shí)際需求，確定合適參數(shù)。儀器投入到正式的使用工作之前，還需要加強(qiáng)對(duì)儀器性能的測(cè)試和檢測(cè)。如果在此階段中發(fā)現(xiàn)其中存在著任何不合理的問(wèn)題，則可以對(duì)其進(jìn)行及時(shí)解決，從而為后續(xù)相關(guān)工作的順利開(kāi)展創(chuàng)造良好條件。其次，還應(yīng)當(dāng)切實(shí)落實(shí)好實(shí)地勘探部分的工作。針對(duì)地籍測(cè)繪區(qū)域內(nèi)的各種信息進(jìn)行明確，三維激光掃描儀的實(shí)際運(yùn)用區(qū)域可能會(huì)存在著一定差異性。如果發(fā)現(xiàn)其中存在著部分高大樹(shù)木和房屋遮擋的情況，則可以利用到全站儀、人工測(cè)量的方式對(duì)其進(jìn)行輔助測(cè)繪，提升測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[4]。最后，當(dāng)完成上述工作內(nèi)容之后，還需要工作人員加強(qiáng)對(duì)檢測(cè)區(qū)域整體情況的檢查力度，確定合適的掃描站位置。當(dāng)開(kāi)展項(xiàng)目實(shí)施方案編寫(xiě)工作的時(shí)候，還需要綜合考慮到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況。若想進(jìn)一步提升三維激光掃描儀的積極作用，還需要綜合利用到其它相關(guān)的信息技術(shù)。在現(xiàn)階段工作中應(yīng)用最為廣泛的便是GPS全球定位技術(shù)，將兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行有效融合，可以進(jìn)一步提升信息獲取的精準(zhǔn)度。因此，在后續(xù)工作中，測(cè)繪工作人員需要充分認(rèn)識(shí)到該方面特點(diǎn)的影響，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)各種技術(shù)進(jìn)行合理運(yùn)用。

3.2 測(cè)區(qū)站點(diǎn)設(shè)置

當(dāng)三維激光掃描技術(shù)投入到地籍測(cè)繪處理工作的時(shí)候，還需要考慮到測(cè)區(qū)站點(diǎn)位置的影響。綜合前期的相關(guān)案例進(jìn)行研究之后便可以發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)階段所開(kāi)展的各種地籍測(cè)繪工作中，在站點(diǎn)位置方面還存在著極為明顯的靈活性特征。對(duì)于工作人員而言，需要綜合考慮到測(cè)繪現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，選擇最為合適的站點(diǎn)位置。例如：如果此次檢測(cè)的范圍較為廣泛，便可以將站點(diǎn)位置確定為地勢(shì)較高的位置上。加強(qiáng)對(duì)周邊環(huán)境的檢測(cè)，避免電磁干擾因素的影響。為了進(jìn)一步提升測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，還需要盡可能選擇在天氣狀態(tài)良好的階段中開(kāi)展檢測(cè)工作。從坐標(biāo)選擇角度來(lái)看，三維激光掃描設(shè)備在使用的過(guò)程中，選擇將站點(diǎn)作為圓心的獨(dú)立坐標(biāo)系。對(duì)此，則需要在完成測(cè)量區(qū)域內(nèi)部所有的控制點(diǎn)確定工作之后，建構(gòu)起系統(tǒng)、完善的三維立體圖形。當(dāng)開(kāi)展實(shí)際掃描工作的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)掃描區(qū)域內(nèi)部范圍出現(xiàn)了大量高大建筑物的時(shí)候，則需要在建筑物較為密集的區(qū)域范圍之內(nèi)，設(shè)置多個(gè)掃描站點(diǎn)和GPS信號(hào)檢測(cè)點(diǎn)，避免因?yàn)樾盘?hào)不良對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性的影響。如圖2所示，為某地地籍測(cè)繪工作中測(cè)區(qū)站點(diǎn)位置示意圖。

圖2 地籍測(cè)繪工作中測(cè)區(qū)站點(diǎn)位置確定圖

3.3 掃描測(cè)量

當(dāng)完成了測(cè)量站點(diǎn)設(shè)置工作之后，還需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況設(shè)置合適的GPS接收器。如果在后續(xù)工作中需要引入坐標(biāo)系統(tǒng)，利用GPS接收器的優(yōu)勢(shì)，便可以實(shí)現(xiàn)該方面的工作目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量的工作。通常來(lái)講，在具體工作中還需要確定合適的站點(diǎn)轉(zhuǎn)掃時(shí)間。一般情況下，多是將其控制在5～6min左右。當(dāng)完成了正式的轉(zhuǎn)掃工作之后，便需要相關(guān)工作人員結(jié)合其中所檢測(cè)到的各種數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)分析工作。其中，需要重點(diǎn)考慮是否存在著點(diǎn)云數(shù)據(jù)不夠明確的問(wèn)題。如果發(fā)現(xiàn)最終的掃描結(jié)果未能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，則需要工作人員針對(duì)性調(diào)整站點(diǎn)位置。在最合適的位置上，開(kāi)展二次測(cè)量工作。并且，三維激光掃描技術(shù)的信息傳輸精準(zhǔn)性較高。但需要注意的是，如果發(fā)現(xiàn)在此過(guò)程中出現(xiàn)任何的遮擋物，將會(huì)導(dǎo)致信息失真現(xiàn)象的發(fā)生。若想緩解該方面問(wèn)題的影響，需要工作人員在實(shí)際運(yùn)用和操作工作中，結(jié)合全站儀設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展輔助測(cè)量工作，為后續(xù)數(shù)據(jù)拼接工作的開(kāi)展創(chuàng)造良好條件。同時(shí)，如果在后續(xù)工作中需要對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可以利用到該設(shè)備的優(yōu)勢(shì)[5]。

3.4 數(shù)據(jù)處理

當(dāng)完成了上述的測(cè)量工作之后，便需要結(jié)合其中所獲取到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效拼接。當(dāng)開(kāi)展該部分工作的時(shí)候，還需要充分利用到各種軟件設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于其中所出現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別處理。每一個(gè)站標(biāo)的實(shí)際位置不同，在十字靶心的位置上也存在著極為明顯的差異，工作人員需要綜合考慮到該方面因素的影響。當(dāng)開(kāi)展數(shù)據(jù)拼接工作的時(shí)候，需要將其中某一個(gè)測(cè)量站作為基本點(diǎn)，依次加載周邊位置上可能會(huì)出現(xiàn)的各種信息。完成初步的信息、數(shù)據(jù)識(shí)別工作之后，便可以進(jìn)行自動(dòng)拼接。完成正式的拼接工作之后，便需要工作人員結(jié)合前期勘察工作中所出現(xiàn)的圖像、信息以及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)核查和對(duì)比，降低誤差的影響。需要注意的是，部分地區(qū)的地形相對(duì)較為復(fù)雜，三維激光掃描技術(shù)可能無(wú)法有效運(yùn)用三維激光掃描儀。對(duì)此，則需要結(jié)合人工拼接的方式，對(duì)于其中所出現(xiàn)的海量信息進(jìn)行分塊、分批次整合和處理。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)軟件檢測(cè)和人工校對(duì)之后，信息數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度便可以更加符合前期的預(yù)期要求。如果發(fā)現(xiàn)坐標(biāo)定位出現(xiàn)了不精準(zhǔn)的問(wèn)題，還需要對(duì)其進(jìn)行及時(shí)糾正，保障三維立體圖形和地圖之間保持高度的一致性。針對(duì)其中所出現(xiàn)的各種冗余數(shù)據(jù)，則可以利用軟件過(guò)濾的方式，對(duì)其進(jìn)行有效處理。

4 三維激光掃描技術(shù)在地籍測(cè)繪中的應(yīng)用研究

在地籍測(cè)繪工作中所運(yùn)用到的各種三維激光掃描技術(shù)，充分結(jié)合了三維激光掃描系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。具體來(lái)看，地籍測(cè)繪工作中所運(yùn)用的三維激光掃描系統(tǒng)和前期設(shè)定的系統(tǒng)之間存在著較為明顯的差異。在具體工作中，需要工作人員綜合考慮到系統(tǒng)特點(diǎn)、測(cè)繪的實(shí)際狀況等，并結(jié)合系統(tǒng)平臺(tái)的運(yùn)行情況、空間掃描儀位置等相關(guān)信息，將對(duì)分為機(jī)載型掃描系統(tǒng)和手持型激光掃描系統(tǒng)等不同類型。結(jié)合工作的實(shí)際情況，選擇最為合適的測(cè)試類型，推動(dòng)相關(guān)工作的有序開(kāi)展。在本篇文章所開(kāi)展的地籍測(cè)繪工作中，所運(yùn)用三維激光掃描系統(tǒng)便是屬于地面型激光掃描系統(tǒng)中的一部分內(nèi)容，也就是應(yīng)用較為廣泛的3D激光掃描儀。作為德國(guó)生產(chǎn)的一種重要激光掃描儀設(shè)備，在現(xiàn)階段的地籍測(cè)繪工作中得到了極為廣泛的運(yùn)用。從其優(yōu)勢(shì)角度進(jìn)行分析，可以在整個(gè)測(cè)繪工作中高效、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)化處理各種數(shù)據(jù)和信息。如果在實(shí)際測(cè)量工作中出現(xiàn)了大量的三維地形數(shù)據(jù)信息，該設(shè)備也可以對(duì)其進(jìn)行及時(shí)獲取。需要注意的是，任何設(shè)備在使用過(guò)程中必然有其優(yōu)勢(shì)，但也存在著一定的弊端問(wèn)題。上述三維激光掃描儀在使用過(guò)程中，需要聯(lián)合各個(gè)站點(diǎn)之間的拼接完成云數(shù)據(jù)的處理，對(duì)此則需要利用到各種專門性的數(shù)據(jù)處理軟件。如果在實(shí)際工作中缺乏了專門性數(shù)據(jù)處理軟件，該設(shè)備將無(wú)法正常使用。同時(shí)，如果工作人員能夠結(jié)合GPS全球定位系統(tǒng)等相關(guān)性技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，則可以更好地滿足地籍測(cè)繪方面的實(shí)際需求，從而獲得更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

將3D激光掃描儀運(yùn)用到地籍測(cè)繪工作中，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行全面考慮，保障測(cè)繪工作的有序開(kāi)展。

首先，在開(kāi)展正式的地籍測(cè)量工作之前，需要工作人員結(jié)合測(cè)量場(chǎng)地的實(shí)際情況、地質(zhì)地形狀況等相關(guān)性因素，做好充分的測(cè)量準(zhǔn)備。針對(duì)測(cè)量工作中可能會(huì)出現(xiàn)的各種問(wèn)題，提前設(shè)置相關(guān)的解決方案，降低對(duì)工程進(jìn)度所產(chǎn)生的影響。從3D激光掃描儀的優(yōu)勢(shì)角度進(jìn)行分析，在實(shí)際測(cè)量工作中不受地形因素的影響，在站點(diǎn)位置的設(shè)定方面相對(duì)較為靈活。因此，相比較于其它的測(cè)量設(shè)備，這種儀器在使用的過(guò)程中所需要完成的前期準(zhǔn)備工作內(nèi)容相對(duì)較少。在大多數(shù)情況下，只需要完成前期的測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的全面勘察、站點(diǎn)位置的確定工作之后便可以有序推動(dòng)后續(xù)相關(guān)工作的開(kāi)展。

其次，在站點(diǎn)位置的設(shè)定方面，因?yàn)?D激光掃描儀測(cè)繪設(shè)備在運(yùn)用的過(guò)程中，其站點(diǎn)位置相對(duì)較為靈活。如果需要在地勢(shì)較高、視覺(jué)表現(xiàn)良好的巷道位置上利用這種儀器設(shè)備，還需要充分考慮到站點(diǎn)的實(shí)際要求等因素的影響。如果在開(kāi)展該部分工作之前，已經(jīng)完成了站點(diǎn)位置的確定工作，則可以對(duì)站點(diǎn)位置進(jìn)行有效調(diào)整。最好將其設(shè)定在控制點(diǎn)上，隨后對(duì)其進(jìn)行對(duì)中整平處理。此外，還需要注意的是，整個(gè)測(cè)量工作中，都需要確定其坐標(biāo)系統(tǒng)為獨(dú)立的坐標(biāo)系，為不同站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)拼接工作開(kāi)展創(chuàng)造良好條件。

最后，當(dāng)開(kāi)展正式的測(cè)量和數(shù)據(jù)處理工作的時(shí)候，因?yàn)檎麄€(gè)測(cè)量工作內(nèi)容量較大，其中所涉及到的數(shù)據(jù)信息眾多，很有可能出現(xiàn)部分測(cè)量數(shù)據(jù)未達(dá)標(biāo)的情況。對(duì)此，則可以通過(guò)掃描精度局部調(diào)整或者重新掃描的方式完成該部分的工作，實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的獲取目標(biāo)。如果需要在街巷等較為特殊的位置上開(kāi)展測(cè)量工作，還需要考慮到該區(qū)域范圍內(nèi)房屋密度較大特征的影響。為了減少外界因素的干擾，則可以將站點(diǎn)位置確定在房屋的院落或房頂位置上，以便推動(dòng)測(cè)量工作的有序開(kāi)展。在整個(gè)測(cè)量工作中，還需要利用到測(cè)區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，更好地提升測(cè)量的精準(zhǔn)性。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上，在開(kāi)展地籍測(cè)繪工作的時(shí)候，需要充分認(rèn)識(shí)到三維激光掃描技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，其不僅可以更好地提升地籍測(cè)繪的精準(zhǔn)度和工作效率，而且能夠提供高質(zhì)量、高效率的測(cè)繪方案，并逐步提升測(cè)繪水平。同時(shí)還可以落實(shí)國(guó)家在技術(shù)創(chuàng)新層面的要求。為此，在今后工作中，相關(guān)工作人員還需要對(duì)該方面的技術(shù)進(jìn)行深入研究和分析，將三維激光掃描技術(shù)和其它技術(shù)進(jìn)行深度融合，打造更為科學(xué)的技術(shù)方案，提升資源空間的利用效率。