三维激光扫描在轨道交通高架段竣工测量中的应用

刘炫，顾波

(1.宁波市测绘设计研究院，浙江 宁波 315800； 2.宁波市阿拉图数字科技中心，浙江 宁波 315800)

三维激光扫描在轨道交通高架段竣工测量中的应用

刘炫1*，顾波2

(1.宁波市测绘设计研究院，浙江 宁波 315800； 2.宁波市阿拉图数字科技中心，浙江 宁波 315800)

介绍三维激光扫描技术在城市轨道交通高架段竣工测量中的数据采集流程，并对数据进行去噪滤波，配准拼接等操作，获得高架段的点云模型，提取纵横断面数据，验证了三维激光扫描技术在轨道交通高架段竣工中应用的可行性。

三维激光扫描；轨道交通；竣工测量；纵横断面；点云数据

1 引 言

轨道交通作为公共交通在城市中出现已经很久了，并且在城市的发展中起着越来越重要的作用。经济发达地区的交通发展史告诉我们，只有采用客运量大的城市轨道交通系统，才能从根本上改善城市公共交通状况，并且能够提升城市形象，改善居民出行条件，提升土地价值，使城市发展进入良性轨道。

三维激光扫描技术可以在不接触目标地物的条件下，直接采集物体表面的三维数据，并且具有极高的采样率和测量精度。利用获取的海量点云数据，可快速构建扫描对象的三维模型，真实还原现实环境，展现目标地物的细节特征。在缺失照明的夜间，也能顺利采集数据，一定程度上减少了人流和车流的干扰，不仅能够提升作业安全，也能提高作业的效率。

轨道交通高架段按照城市规划管理部门的要求，需要对其进行竣工测量，但是高架段仅有墩柱部分可以采用全站仪观测，即便使用具有免棱镜功能的全站仪也只能获得个别特征点位，作业效率低。因此在本项目中采用RIEGL VZ-400三维激光扫描仪采集高架段点云数据，以此完成规划测量要求的相关内容。

2 项目介绍

宁波轨道交通1号线二期工程西自东环南路站东至霞浦站，实现北仑区与中心城区的同城效应，有效提高城市区域公共交通的一体化服务水平。线路穿越了鄞州东部及北仑区，全长约 25.3 km，设车站9座，其中地下站1座，高架站8座，其中北仑段均为地上高架，如图1所示。

按照《宁波市城乡规划测量管理技术规定》(2009)要求，竣工成图比例尺为1∶500，建(构)筑物的明显细部点按一类地物点(点位中误差为 5 cm)精度测量。竣工测绘的主要工作有：高架段线路及沿线地形测量、区间纵横断面测量、站点及附属建筑测量及面积核实。

图1 宁波轨道交通1号线二期高架段线路(部分)示意图

3 项目实施

3.1 控制测量

为满足竣工测量的精度要求，以《卫星定位城市测量技术规范》 CJJ/T 73-2010和《工程测量规范》 GB 50026-2007为控制测量依据，为保证后期点云数据的拼接精度，采用NBCORS网络RTK测量技术在线路沿线布设图根点，并与周边已有城市一级控制点联测五等水准线路。

3.2 点云数据采集

经过现场踏勘，轨道交通高架段两侧部分为城市主次干道，白天车流量较大，不利于工作展开，为了提高外业数据采集效率和减少不必要的噪声，将测量工作安排在夜间。

本项目采用的三维激光扫描仪型号为RIEGL VZ-400，扫描距离 500 m，扫描精度 2 mm(100 m)。由于项目路线较长，测站较多，采用绝对定向模式进行扫描操作，直接将仪器和靶标架设在图根上，并设置相应扫描参数，采用精扫模式对目标物进行扫描。

3.3 扫描数据处理

(1)点云去噪和滤波

三维激光扫描技术采集的点云数据量巨大，由于测量中仪器的震荡、车辆的往来、灌木的遮挡、玻璃的透射等各种因素，扫描获得的点云数据必然存在噪声点，明显粗差数据可以手动去除，其他噪声数据可以使用RIEGL VZ-400自带数据处理软件RiSCAN PRO去除。

(2)点云配准

三维激光扫描技术对建筑进行点云数据采集，由于仪器视角和环境限制，通常需要多次设站才能完成整体的扫描工作，将不同测站的坐标转换到统一坐标系中，就需要进行点云配准。

针对本项目采用的绝对定向模式，在后处理软件Registration模块中输入设站点坐标和定向靶标点坐标，使用后视定向配准模块逐站进行精确配准，并将配准误差控制在 0.02 m以下，从而获得整个建筑的点云数据模型，如图2所示。

图2 宁波轨道交通1号线二期高架段线路(部分)点云模型图

3.4 纵横断面绘制

按照站点将线路分为不同的区段，利用宁波市测绘设计研究院自行开发的点云处理软件——阿拉轻云，按照预定的切片厚度，逐段提取纵断面点云和横断面点云。根据点云数据，在CAD中绘制断面图，相应特征高程标注则直接采用点云模型中的高程值，如图3所示。

图3 高架段线路横断面(部分)点云数据图

3.5 沿线地形图绘制

利用获取的点云模型，提取站点外轮廓线、高架轻轨外侧边线、高架墩柱、地面道路边线路灯、消火栓、窨井等，绘制线路附近的 1∶500数字地形图。由于地面起伏较小，不再另行构造TIN三角网模型，直接采集地面标高点体现地貌特征。

3.6 站点及附属用房面积测量

(1)切片提取轮廓线

设计合适的切片厚度，根据不同的楼层高度，进行水平面双切片处理(楼层底板面和该层 2.20 m处)，根据切片获得点云在CAD中绘制楼层轮廓线。

(2)面积计算

由(1)中的楼层轮廓线叠加，重叠区域即为实测建筑边线，与现场实量的建筑尺寸核实校对，利用校对后的建筑边线计算建筑面积。

4 成果检验

按照《测绘成果质量检查与验收》GB/T 24356-2009开展检查验收工作，采用全站仪设站检测的方法，对项目成图中的特征点和建筑高度重复打点，并根据检测数据统计中误差，如表1所示。

规划竣工测量检查统计表(特征点)(部分) 表1

野外实地检查特征点点位56个，特征点抽查比例为16.0%，统计后平面中误差为 0.014 m，符合规划竣工测量要求，如表2所示。

规划竣工测量检查统计表(建筑高度) 表2

野外实地检查建筑高度点位24个，特征点抽查比例为27.3%，统计后高程中误差为 0.035 m，符合规划竣工测量要求。

规划测量管理部门通过对该项目的作业流程，精度控制等各方面的验收，确定该项目成果可靠，可以根据此报告数据展开下一步的规划验收工作。

5 总 结

在城市轨道交通高架段的测量中应用三维激光扫描技术，并且经检核最终成果满足竣工测量的精度要求，验证了该技术在城市高架竣工测量中的可行性。对比传统全站仪单点采集的作业模式，三维激光扫描技术通过外业复制三维场景和内业数据采集和编辑的作业方法，具有效率高，精度高，作业更安全的特点。但是在该项目的作业过程中也发现该技术的不足之处：数据量过大，计算机配置要求高；数据后处理过程复杂，人员培训要求高；过往车辆及树木等遮蔽，容易形成点云漏洞；高架顶部点云密度不足，需引入其他测量方式弥补。

[1] 马立广. 地面三维激光扫描测量技术研究[D]. 武汉：武汉大学，2005.

[2] 邢汉发，高志国，吕磊. 三维激光扫描技术在城市建筑竣工测量中的应用[J]. 工程勘察，2014(1)：94～97.

[3] 马利，谢孔振，白文斌等. 地面三维激光扫描技术在道路工程测绘中的应用[J]. 北京测绘，2011(2)：48～51.

[4] 孔祥玲，欧斌. 三维激光扫描技术在隧道工程竣工测量中的应用研究[J]. 城市勘测，2013(2)：100～102.

[5] 王星杰. 三维激光扫描仪在道路竣工测量中的应用[J]. 北京测绘，2012(4)：21～25.

[6] 胡尧，秦岩宾，张廷斌等. 三维激光扫描在建设工程竣工规划核实中的应用研究[J]. 测绘与空间地理信息，2015(5)：109～111.

Application of 3D Laser Scanning in Final Surveying of Elevated Rail Segment

Liu Xuan1，Gu Bo2

(1.Ningbo Institute of Surveying & Mapping，Ningbo 315800，China；2.The Centre of Ningbo Alatu Digital Technology，Ningbo 315800，China)

Introduces the process of the 3D laser scanning technology used in the final surveying data acquisition of Elevated rail segment，and the operations of data de-noising，filtering，registration，splicing，obtain elevated section of the point cloud model，extract vertical and horizontal cross-section，verify the feasibility of 3D laser scanning technology used in the final surveying of elevated rail segment.

3D Laser scanning；rail transit；final surveying；vertical and horizontal cross-section；point clouds data

1672-8262(2017)04-146-03

P258

B

2016—12—09

刘炫(1984—)，男，工程师，主要从事城市工程测量工作。