地面三维激光扫描仪在建筑规划核实中的应用

谢耀春

（柳州市勘察测绘研究院有限公司，广西 柳州 545007）

规划核实对建设单位而言是竣工验收环节一项重要内容，其中又以地形测绘为核心。地面三维激光扫描能高效且精准的获得目标点云坐标信息，在不同的测量项目当中逐渐得到广泛应用。地面三维激光扫描的工作原理为借助扫描仪发出激光，然后以激光从反射到接受经历的时间为依据通过计算确定和目标之间的距离，然后根据水平及垂直方向间隔距离及角度，通过进一步计算得出目标点位对应的三维坐标，由大量矢量点构成点云，在设备中存储。

1 地面三维激光扫描仪

目前常用的地面三维激光扫描仪型号为Trimble TX8，它将测量与影像等诸多功能集于一体，采用单个仪器方可对高精度数据予以捕获，实现高速三维扫描，在有效测程之内，以每秒100万个精确激光点的速度获取数据。Trimble Tx8 简化了内业工作，扫描仪纯净、低噪声的数据大大减少了内业数据处理所需的时间。其获取的数据可以直接导入到RealWorks，同时RealWorks软件还可以提供高效数据流到各种主流的CAD 及清华三维EPS软件。

2 规划核实对地形测绘的基本要求

测区范围内地形测绘需要实现全数字化，对竣工建设项目及周边地形图测绘、建筑物平面位置、建筑物高程高度、建筑物立面与剖面进行测量等等，在地形测绘过程中，应根据相关规范的规定做好外业测绘，所有需要进行实测的地物必须采集数据点，避免遗漏。对于所有新建房屋及其各类附属设施都要进行实测，而且建筑的凹凸部分还应根据实际情况来表示，不能在实测中舍去。

3 外业采集数据

3.1 控制测量

对于美景华庭规划核实测量，两种方法布设首级控制点基本相同，利用柳州市勘察测绘研究院有限公司已成熟的网络cors站对测区进行控制点布设，至少联测3 个高等级控制点，高等级控制点所组成的控制点图形应对相关的RTK 流动站有足够的控制面积。在流动站可以连续显示固定不变的解以后，方可进行平面控制测量，此时各控制点应单独完成二次初始化，在每次初始化过程中都要得出两组数据，其中每一组数据都要采集10 个以上历元数，当4 组数据均能达到定位较差要求时，即可从中选择1 组，也可采用4 组数据的平均值。传统的测量方法所需要的控制点相对较密集。且点与点之间必须通视。而采用Trimble TX8地面三维激光扫描对该小区东地块进行外业数据采集时，只需在测区范围内布设3～4 个控制点即可，且无须通视要求。

3.2 测站选择

利用无棱镜全站仪对小区进行传统的测量方法在设站方面需要注意设置在视野开阔、地面稳定的安全区域，严格控制支站数，以保证测量精度。

利用地面三维激光扫描需要考虑注意设置在视野开阔、地面稳定的安全区域，扫描区域应覆盖这个扫描目标物，设站均匀且尽量减少设站数量，但是遇见目标物结构复杂、通视困难或线路有拐角的情况应适当增加扫描站，必要时可搭设平台架设扫描站。

3.3 标靶布设

传统测量方法无须这一项工作程序，在使用Trimble TX8 地面三维激光扫描仪进行建筑规划核实测量中也无须这项工作程序。RealWorks 软件会根据两次设站扫描数据的重复特征点自动拼接图形。而在地形测量，无明显重合征点时就需要标靶布设，作为现场的特征点为下一站扫描做铺垫。

标靶布设在扫描过程中作为一个关键环节，其主要目的在于将扫描完成后得到的点云数据集中至相对坐标系。对此，在实际的布设过程中应充分考虑网形实际情况，因为实际布设精度会对点云拼接精度造成很大的影响。靶标与测站之间应达到通视，且两者的间隔距离不能太大，通常不能超过50m。另外，对公共标靶与测站进行布设的过程中，不可处在同一条直线，其目的在于保证坐标转换结果的精度。在整个扫描区域内，标靶的布置必须达到均匀，同时还要做到高低错落，两个相邻的测站，其公共标靶数量应达到3 个以上。在条件允许的情况下可直接将地物特征点等作为标靶。

3.4 数据采集

采用传统方法进行数据采集时，采用单点测量方式，对于所测建筑物，需要不断地对仪器进行操作，反复对特征点测量，如遇不规则建筑物，现场无法确定特征点，则需要测量更多的点，来保证后期数据处理的需要，工作量大且烦琐，效率不高。

采用Trimble TX8 地面三维激光扫描进行数据采集时，只需对中、整平、开机、扫描即可。根据工程需要可以设置每一站的扫描密度，对于该工程，设置的扫描时间为4min 一站。对于扫描分辨率，应达到30m 之内不低于6mm，实际扫描范围必须覆盖整个目标，当目标复杂程度较高或覆盖比较困难时，须增加测站的数量，使相邻测站点云数据实际重叠率达到30%以上，而部分比较困难的地区，重叠率应达到15%以上。对于布设了标靶的测站，应做好标靶识别及精扫，将点云扫描完毕后，做好影像采集，在扫描结束后将布设的标靶撤走。

3.5 数据检查

在地面三维激光扫描过程中，数据检查也是一个重要环节。每完成一次扫描，均立即开始数据检查，需要的内容包括：检查数据存储是否到位；检查是否能顺利打开灰度图；检查扫描区域是否全面；检查是否对标靶进行扫描；检查是否有噪点存在，并确定噪点的存在对正常使用是否有影响。若检查未通过，则要对相应的区域重新实施检测。当区域相对较大时，可重新进行数据采集。

3.6 内业数据处理

传统测量方法的数据处理需把外业点展入CASS 中，将外业测量点号按照外业编码及草图一一连接起来。这样该小区西面地块外业测量了将近2000 个外业点号，对于内业数据处理要用2～3d 的时间来清理图面。

采用地面三维激光扫描的数据包括（TCF 图像文件、TZF 测站数据文件）直接导入RealWorks 软件中，通过RealWorks 软件对项目管理进行多测站点云自动拼接、坐标系管理、点云去噪与分类、点云取样抽稀、测距、三维点云展示、三维建模等，最终形成绝对坐标系中的空间位置坐标的Las 格式的点云数据（见图1），将点云数据导入清华三维EPS 三维测图软件中点云数据转换，生成在室内基于实景三维模型进行地理要素采集，快速制作DLG 数字线划图。然后利用三维测图软件的切片功能（见图2）结合设计图，完成每一层的分层示意图。采集完成后对内业无法判别及遮挡的要素进行外业调绘和补测，调绘结束后对DLG 图面进行图幅整饰，形成最终符合规划核实测量要求的数字化地形图。

图1 小区局部总平图展示

图2 4#楼第一层平图

4 结语

综上所述，地面三维激光扫描仪在规划建筑核实测量工作中除了能保证数据采集准确性高、全面性高、自动化程度高、受外界环境影响小，还能大幅提高工作效率，降低野外工作量，提升生产效率，节约了劳动成本。随着地面三维激光扫描仪技术的不断完善与发展，充分利用地面三维激光扫描仪技术在各种不规则建筑物中、文物的三维扫描存档、超大建筑物群体规划核实测量中价值，值得在广大的测量工作者范围推广应用。