【摘要】三維激光掃描技術具有使用方便、精度高、速度快等優(yōu)點，被廣泛應用在各個領域測繪工作中，尤其在地籍測繪中的應用大大減弱外業(yè)人員勞動強度，提高外業(yè)工作效率。本文對三維激光掃描技術原理進行分析，以3D 激光掃描儀為例探討其在地籍測繪中的具體應用，為其在地籍測繪中更好的應用提供參考。

【關鍵詞】三維激光掃描技術; 地籍測繪; 工程測量

三維激光掃描技術在地籍測繪中的應用，主要通過三維激光掃描系統(tǒng)實現(xiàn)，依據(jù)系統(tǒng)運行平臺、掃描空間位置，分為手持型激光掃描儀、機載型掃描系統(tǒng)、地面型激光掃描系統(tǒng)，本文探討的3D 掃描儀即為地面型激光掃描系統(tǒng)的重要組成部分。

一、地籍測繪

當前我國地籍測繪立足權屬調(diào)查，目的在于獲得與表達地籍信息，涉及測量控制地籍、調(diào)查地籍要素、測量地籍要素等諸多內(nèi)容。為保證測繪工作效率，開展地籍測繪工作時，應注重遵守從高級到低級、由整體到局部以及先控制后碎部的原則。同時，我國地域遼闊、地籍測量工作量大，因此，應用專業(yè)技術，不斷提高地籍測繪工作質(zhì)量及效率，是國家職能部門關注的重點。三維掃描技術可實現(xiàn)三維點大量的采集，并掃描各種復雜的環(huán)境，采集不規(guī)則、復雜程度高、大型的實景三維數(shù)據(jù)，借助計算機及相關軟件實現(xiàn)目標的三維點云模型的構建，將其應用到地基測繪工作中，有助于更好地掌握待測目標的地理要素信息，以及地塊權屬界線的界址點坐標，為制定相關的策略提供重要依據(jù)。

二、三維掃描技術的工作原理

三維掃描技術用于確定被測量對象的三維坐標，包括測距、角位移、掃描以及定向等內(nèi)容。

( 一) 測距。利用三維掃描技術進行測距時相位法、脈沖法、三角法較為常用，其中相位測距主要通過分析、計算在被測距離上調(diào)制光信號往返時形成的相位差，借助時間實現(xiàn)對被測距離的計算，在醫(yī)學以及精密測量中較為常用; 脈沖法主要借助發(fā)射與接收脈沖的時間差，實現(xiàn)對距離的測量，該方法常被應用在三維激光掃描設備中; 三角法主要利用幾何關系實現(xiàn)對距離的測量，此種方法適宜應用在近距離測量中。

( 二) 角位移。角位移是三維激光掃描技術測量的重要內(nèi)容，實際測量中主要應用線位移與角位移的測量兩種方法，其中前者主要利用由CCD 元件、直角棱鏡、激光發(fā)生器構成的系統(tǒng)實現(xiàn); 后者利用由步進電機驅(qū)動的掃描儀實現(xiàn)，借助步數(shù)、步距角，得出角位移大小。

( 三) 掃描。掃描是確定空間坐標的重要步驟，即，向被測區(qū)域發(fā)出掃描激光，通過激光的往返時間或相位差實現(xiàn)對距離的計算。同時，借助內(nèi)部時鐘控制編碼器，分別對縱向角度值θ、橫向角度值a。最后，利用以下公式便可計算出待測點的三維坐標:

( 四) 定向。定向指將在掃描坐標系獲得的數(shù)據(jù)實現(xiàn)向大地坐標系下的轉(zhuǎn)化，對定向識別標志中的中心坐標進行計算，通過對公共點坐標的轉(zhuǎn)換，得到坐標系轉(zhuǎn)換中應用的參數(shù)。

三、三維激光掃描技術的應用

3D 激光掃描儀具有動態(tài)、實時、高精度、采集速度快等優(yōu)點，可獲得大量三維地形數(shù)據(jù)信息。本文利用德國生產(chǎn)的3D 激光掃描儀探討其在地籍測繪中的應用。使用該儀器進行地基測繪時，需要站相互之間的拼接完成點云數(shù)據(jù)的處理。同時，還需要借助專門的數(shù)據(jù)處理軟件。另外，為更好地得到地物的絕對坐標，該掃描儀具備外接GPS 功能。該掃描儀在地籍測繪中的應用包括前期準備、站點設置、正式測量、數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)。

( 一) 測量準備。利用3D 激光掃描儀進行地籍測繪時，做好充分的測量準備，有助于測量工作的順利進行。3D 激光掃描儀優(yōu)點較多，如幾乎不受地形因素影響、設站方便靈活，因此，需要進行的前期準備工作較少，即，對待測現(xiàn)場進行勘查，確定站位設置地點即可。

( 二) 設置站點。3D 激光掃描儀設站靈活性大，在高地勢或視覺良好的巷道口均可設站。如待測區(qū)域已存在圖根控制點，將其設置在控制點上即可，而后進行對中整平操作。考慮到每站中3D 激光掃描儀使用的坐標系統(tǒng)均為獨立的，因此，應將覘標設置在行進路線上，為不同站之間數(shù)據(jù)的拼接提供方便。

( 三) 正式測量。當設置完畢站標與儀器架站后，便可進行正式掃描操作，每一站掃描花費的時間大概在4min 左右，掃描結(jié)束后可借助顯示屏完成點云數(shù)據(jù)的查看，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取未達到要求，可對掃描精度進行局部調(diào)整而后進行重新掃描作業(yè)。實際作業(yè)中如對街巷進行測量，因房屋密度較大，可將院落或房頂位置設置站點以輔助測量工作。另外，為實現(xiàn)對測區(qū)坐標系統(tǒng)的直接引入可開啟外置的GPS 機，使獲得的坐標系統(tǒng)更好地滿足要求。另外，為進一步提高測量效果，降低建筑物的干擾，實現(xiàn)地物坐標精度的提高，測量工作中還可應用棱鏡全站儀，在控制點附近位置，測量站標十字靶心的點位坐標，尤其應保證測量的均勻性，為拼接處理數(shù)據(jù)過程中，更加方便地引入坐標系統(tǒng)奠定基礎。

( 四) 數(shù)據(jù)處理。利用Z + FLaserControl 軟件拼接測站獲得的三維點云數(shù)據(jù)，因各個覘標均存在差異，利用該軟件可實現(xiàn)對站標十字靶心的自動識別，有效避免人為因素造成的誤差。

拼站過程中以某站為參考，在此基礎上進行拼接操作，即，每進行相鄰站數(shù)據(jù)的加載，系統(tǒng)會在參考不同標靶十字心的基礎上進行拼接，當相鄰站拼接工作完成后，逐漸完成其他設站數(shù)據(jù)的加載工作，最后便可對拼接的整體效果進行查看。當發(fā)現(xiàn)某些站有拼接錯誤時，可利用手工方式，對兩站之間重疊區(qū)域的共同特征進行深入分析，逐漸進行糾正，并將系統(tǒng)拼接誤差控制在合理范圍內(nèi)。

在生成的報告中，拼站精度可達到毫米級，精度可達到預期要求。另外，軟件具備裁切對點云數(shù)據(jù)功能，可為提取地物特征提供方便?？紤]到拼接后會產(chǎn)生較大的點云數(shù)據(jù)，為提高處理效率，可利用計算機分塊實施。為進一步提高地物特征線自動化提取工作效率，可利用剖面成像與導出切片，對特征線的提取加以輔助。同時，有針對性地導出切片，即，僅導出那些指定平面垂直下方與上方特定距離的點云數(shù)據(jù)，尤其對于掃描質(zhì)量良好的區(qū)域，可方便得到地物平面圖。數(shù)據(jù)處理操作中還應注重精度的對比，即，對比分析實測線劃圖和點云數(shù)據(jù)點位，不難得出，點云數(shù)據(jù)一般具有較高的精度，尤其將線劃圖提取后，界址點精度在2 ～ 5cm，部分在5～ 10cm，究其原因在于受內(nèi)業(yè)人員對點云數(shù)據(jù)主觀判斷的影響，同時，在不同站數(shù)據(jù)拼接過程中出現(xiàn)誤差傳遞。

四、結(jié)語

三維激光掃描技術被廣泛應用在城市三維建模、工程測量、地質(zhì)災害監(jiān)測等工作中，取得了良好的成效，考慮到其具有勞動強度低、獲取速度快、測量精度高等優(yōu)點，將其應用到地籍測繪中將獲得意想不到的收獲。本文通過研究得出以下結(jié)論: 一是三維激光掃描技術在地籍測繪中的應用主要借助專門的系統(tǒng)實現(xiàn)，通過利用專門的方法對距離、角度的測量，并利用專門的處理軟件，對測得的數(shù)據(jù)進行處理，以獲得滿足要求的測量數(shù)據(jù)。二是3D 激光掃描儀借助相機與高速激光實現(xiàn)對地物圖像及坐標的采集，被廣泛應用在諸多領域，尤其在地籍測繪中，為提高測量精度，應依據(jù)相關規(guī)范要求，做好充分的測量準備，并合理設置站點，做好對掃描細節(jié)的控制，應利用專門軟件做好對測量數(shù)據(jù)的處理，并做好誤差較大數(shù)據(jù)的處理，為滿足地籍測繪精度要求做好鋪墊。

來源：《產(chǎn)業(yè)與科技論壇》