三维激光扫描技术下的规划验收测量数据处理及成果获取

王 芬，徐炳前，郝 旦

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060)

规划验收测量是针对规划验收而进行的一种核实测量，又称规划核实测量。规划验收测量需要核实的内容相对繁杂，以广州市建筑工程规划验收测量为例，主要包括以下内容：①验收现场周边30 m范围内现状地形；②建筑物的面积信息(包括建筑面积、计算容积率面积、基底面积)；③建筑高度、层高；④建筑间距、四至退界、建筑退让；⑤建设规模、公建配套面积、停车位、绿地率；⑥城乡规划主管部门要求的其他内容。

为获取上述内容，按照传统测量的方式一般为：收集拟验收建筑物周边已有地形图、项目验收竣工图，到项目现场通过布设控制导线、全站仪提取特征点，拍摄项目及周边地形图，核对竣工图，通过内业处理，获得上述规划验收测量需要的相关信息。

相较于传统的规划验收测量方式，三维激光扫描技术可将拟验收建筑及周边情况几乎完全无差地复制到电脑中，具有绝对和相对坐标信息，完全真实和同尺寸可缩放的三维影像资料。

三维激光扫描技术应用于规划验收测量数据处理分为两个部分：一是点云数据的拼接与去噪，二是点云数据的后处理及利用，即规划验收测量的成果获取[1]。

1 三维激光扫描点云数据的拼接与去噪

三维激光扫描点云数据量大，一般每一站的数据量达到约1 GB，点量均达到以亿计数的级别。三维激光扫描数据处理前应完成数据的拼接，并删除无关信息，以降低数据处理量。

1.1 点云数据的拼接

点云数据的拼接是指将多次多个测站的数据在一个数据集中表示，便于对数据进行加工利用。在进行数据的拼接之前，应先在控制点上设站的扫描数据中录入控制点信息，便于下一步的拼接和点云数据的归位。

配准如在控制点站间，一般略作平移旋转后即可进行精配；配准若在自由设站区间或跨站区间，数据自动匹配度较差，需人工控制同名点匹配。如图1所示。

图1 点云配准

一般精配后应将点云匹配精度控制在小于3 mm，同名点量大于1万，呈正态分布。

在配准完成后，应对数据进行整体平差。在控制点数量较多的情况下，可检查部分控制点的精度。如总共有7个控制点，选取6个点进行平差，检查其他点，可用于剔除粗差点。控制点平差后，将点云进行再次全体精配，可得到点云精度及同名点量。图2为一验收项目平差与精配完成后点云质量的分布情况，同名点量充足，点云的精度分析达到3.3 mm，可用于进行下一步的数据应用。

图2 点云配准精度

1.2 点云数据的去噪

点云数据的去噪可在点云配准前，也可在点云配准后。因广东省文艺职业技术学院综合楼验收测量工程项目中需要使用点云信息进行地形图的绘制，故在点云配准时保留了所有的点云信息。但因数据量巨大，故在配准完成后，为便于操作，对拟验收建筑的点云部分进行另存为和去噪操作。图3和图4分别为点云去噪前和去噪后的示意图。

图3 去噪前点云数据

图4 去噪后点云数据(单色)

在绘制周边地形时利用未去噪的数据，数据较全面；绘制分层平面图时，则采用去噪后的数据。如对点云数据不敏感，可选择加载相片存储的真彩色信息。

2 规划验收测量的成果获取

点云数据拼接去噪后，即可加工处理形成验收测量各类图件。绘图过程可根据实际情况分为3种方法：一是取线法，在Riscan中沿扫描点取线，导出DXF文件并加载到清华三维软件中画图；二是切片法，选取一个合适的面，切割点云数据加载到清华三维软件中画图；三是投影法，主要应用于绘制立面图，即选取一个投影面，将点云数据赋值以投影。

2.1 直接取线法

Riscan Pro软件可在点云数据上提取点信息和沿点描线。该方法操作简单，宜用于绘制较大面积的现状地形图，如图5所示。

图5 在Riscan Pro软件中直接取线

2.2 切片法

Riscan Pro软件可以提取一段“区间”点云，加载到清华三维软件中，“区间”点云为一定高度上连续密集的碎部点，结合特征数据可获取特征线。该方法耗时较长，但精度较高，宜用于绘制对精度要求高的分层平面图。图6为使用切片法绘制建筑物分层平面图。

图6 切片法绘制建筑物分层平面图

2.3 投影法

在建筑物的规划验收测量中，验收测量立面图主要负责竖向规划的核对和检验，包括每层的标高信息。但是由于建筑物一般并不是完全的正南正北布置，故无法直接利用XY构成的面来直接切片提取数据，而需要设置投影面，获得投影面点云，并加载至清华三维软件，结合高分辨率数码相机所获得的照片完成立面图，然后对比竣工图，可判读竣工图的准确性。图7为某角度的点云立面示意图，图8为绘制出的相对应的建筑物立面示意图。

3 结 语

通过点云数据的拼接与去噪，根据需要获取成果的特点，分别选取合适的方法提取特征线。经对比发现，对于精度要求相对略低的地形地貌，情况较为多样的更适用于采用直接取线法，可方便快捷而又直观地获得矢量线，绘制相关图件；对于分层平面等对精度要求较高且具有统一特点的，可采用切片法，以提高内业作业的精度。

图7 点云立面示意图

图8 建筑物立面示意图