三维激光扫描技术在房产测量中的运用研究

文／邱静 梧州市测绘地理信息院 广西梧州 543002

引言：

当今社会，经济的发展在一定程度上带动了城市化建设的发展，现如今城市建筑项目施工数量不断增加，在从事建筑工程施工时，必须要从实际出发，切实做好房产测量工作。传统的房产测量工具已经无法满足当前社会发展的现实需要，很难提高测量效率和质量，在准确性以及稳定性上也不能得到精确化的保障，因此在新的时代背景下，从事房产测量工作必须进行创新优化，从技术层面开始不断进行升级改善，从而全面提高房产测量水平，为城市化的高效有序发展起到一定的促进作用。三维激光扫描技术现如今更是被应用到不同的行业和领域，主要涉及在军事以及公共服务等行业，在它的作用和影响下从事测量工作，可以最大确保整个房产监测数据的真实性，这一系统在运行时，主要是借助三维模型的构建从而进行测量，操作起来也更加方便快捷，可以构建出相对完整的三维模型。在这一阶段，通过和利用对整个三维模型的全面化和综合性分析，就能进一步提升房产测量工作的有效性。本文在具体研究阶段主要对这一技术在整个房产测量中的具体应用进行详细介绍。

1.三维激光扫描技术浅析

1.1 工作原理论述

三维激光扫描仪从系统的实际构成上进行划分，主要包括不同的类型，分别是支架系统、激光扫描系统以及对应的控制系统。与此同时在整个系统运行期间，也会涉及到仪器的内部矫正以及相应数字摄影系统等。这一过程中，从工作原理上存在的差异性进行划分，首先包括脉冲测距法扫描设备，在它的作用和影响下，可以很大限度实现对测量设备中心的精确化测量，在此基础上进一步明确设备中心和目标点的实际距离，从而保障测量结果的真实性和准确性。其次就是所谓的相位干涉法扫描设备，它在实际运行期间主要是借助并且利用光学干涉技术对整个设备中心以及对应的目标点距离进行精细化测量。除此之外，就是常见的三角法扫描设备，它在实际运行中，要想实现高效化发展，就需要结合实际情况，从自身的特点出发，对结构性光源进行充分利用，根据这一结构性光源以及立体相机装置获得的两条不同形状的光纤，从而形成更加真实形象的立体投影，在它的影响和支撑下进一步对测量设备以及对应的目标位置进行测量。

1.2 误差来源

因为三维激光扫描技术本身就存在一定的特殊性和复杂性，它在具体运行阶段和很容易受到外部环境的影响和干扰，在这种背景下，使用三维激光扫描设备出现并且获取的点云数据也会存在明显的误差，这些误差常常是偶然造成的。在具体的工作实践中，通过从实际出发，对这些误差进行研究和分析可以发现，整个划分结构主要包括以下几方面。分别是扫描设备自身的误差、反射面以及扫描几何条件导致的误差等，除此之外，外界环境误差也是整个误差形式的重要组成部分。

首先是扫描设备本身所导致的误差。通过三维激光对设备进行扫描之后可以得到较为原始且真实地观测数据，这些数据信息主要包括但目标物的影像数据、反射强度以及对应的从设备到目标的空间信息等。需要注意的是，在具体从事测量工作时，激光光束本身的性质以及所谓的实际分辨率都会在一定程度上影响测量的精确性和准确性，角度测量误差对整个测量结果的影响也是相对明显的。分辨率在一定意义上可以代表设备在运行期间，对整个需要探测的目标可以使用的最高解析能力，它实际上直接关乎整个扫描的精确度和准确度。伴随着社会的发展，信息化技术的不断升级优化，使得整个设备的分辨率也呈现出不断上升的发展趋势，在这一阶段所获得的点云数据通常情况下也会变得更加密集，与此同时测量物所具备的细部特征也会呈现出全面化的发展趋势。而且在这一阶段，伴随着整个扫描时间的不断延长，有关内业数据的处理也会变得更加复杂，处理难度会呈现出明显的上升趋势。在相反的情况下，自然收集到的点云数据更加稀疏，测量物的细部表征常常很难准确的呈现出来，与此溶蚀整个作业时间也会不断缩短。针对这种情况，必须从实际出发，综合考虑多种影响因素，根据房产测量工程的精准度要求等，对之前的分辨率进行重新确定，使其更加科学合理。其次就是所谓的反射面以及在对几何条件进行扫描时产生的相对误差，需要注意的是，反射面粗糙度在实际运行期间所产生的误差，实际上主要是因为整个激光回拨信号存在多执行的特点，这就意味着在设备运行期间，每当要发射激光光束的时候，就能同时受到多个反射回波信号，这一过程中三维激光技术常常需要使不同的技术手段对反射信号进行精细化处理。相应的一些设备在运行期间也只是能够对第一次所返回回波信号进行全方位以及深层次的处理。使用的不同的方式和手段对整个回波信号进行处理，也会在一定程度上导致激光焦点位置发生不同形式的偏差，与此同时整个反射面的不平整度也会不断提升，彼此之间出现的偏差将进一步扩大。

最后是由于扫描几何条件误差可能产生以及造成的实际误差。扫描几何条件实际上指的是在参与相关工作时，使用设备在进行扫描工作时和整个测量目标在空间位置上呈现出的现实关系，从另一种意义上看，也就是扫描设备和扫描目标之间的距离。扫描设备所激光发射角度以及误扫描目标表面法向量两者所展示以及呈现出来的夹角。在具体的工作实践中，随着整个扫描距离的不断增加，环境对于激光光束产生和造成的影响也会呈现出明显的上升趋势，与此同时整个测量的准确度将逐步减弱。伴随着具体工作实践中整个入射角的不断提升，与之对应的激光光斑也会呈现出逐步扩大的发展形势。在这种环境下，点位精度常常是受到光板大小的制约，所以在具体的工作实践中，随着入射角的不断提升，测量准确度也会呈现出明显的减弱倾向。

2.三维激光扫描技术的优势

2.1 测量手段方便、快捷

随着城市化进程的持续加快，我国房屋建筑数量呈现出明显的上升趋势，在新的时代背景下，建筑类型逐渐丰富，测量难度也在增加。目前建筑测量会选择二维竣工测量图方式进行，需要注意的是，这种测量方式在实际运行期间，不但可以切实提高整个建筑物在风格以及色彩等方面的感官要素，而且和整个城市规划管理的发展要求也呈现出相背离的发展趋势。在当前的工作实施中，建筑物里面测量通常采取的还是较为传统的工艺，在具体从事相关工作时，常常需要使用到全站仪等设备，在它的作用和支撑下对准建筑物的各个关键点进行具体的测量点位。这一工作在实际运行阶段，它的数据量相对较小，而且效率也更为低下，无论是在外业绘制草图还是内业编辑成图抽象之间都存在较大程度的误差，这就意味着整个工作实践中必须不断对定图进行确认，相应的整个出图时间也会不断加长。在大多数情况下三维激光扫描技术不需要直接触碰扫描物体，并且得到的测量数据十分准确有效，这就意味着整个工作在实际运行阶段更加适合那些当下逐渐复杂的建筑物体。传统的测量方式难以完成，或者在测量的过程中容易出现差错。该技术可以很好的完成工作，从而为测绘人员从事各项工作提供更加全新的数据。

2.2 无需手绘，直接绘图

在测量建筑立面中，激光测量通常情况下并不需要进行画图操作，也就是说在这种情况下，借助该系统就可以获得数据。内业工作在具体执行中，可以和外业数据高效组织在一起，从而实现相关图形的绘制。这就意味着伴随着信息化技术的高速发展，绘制方式相比以往变得更加高效快捷，可以在一定程度上替代人工，大大减少的工作人员的工作压力，同时也为企业节省一大笔工作费用，建筑测量准确度没有下降[1]。

2.3 改善无透视投影时的变形现象

三维扫描技术是采用投影透射的方式对相应的照片进行显现，作为一种全新的摄影方式，它在具体的应用实践中可以直接获取需要的信息，主要包括建筑物立面的距离以及对应的角度等，在精密度方面将实现全新的升级，而且整个点位影像通常情况下也会变得更加清晰，可以在很大程度上防止和避免出现和传统投影一样的变形问题[2]。

2.4 不受自然天气的影响

传统的测量技术不仅对工作人员的能力有很大要求，同时还对自然环境有要求。恶劣的自然环境会破坏测量的准确度。三维激光扫描技术的设备部分也得到了一定的优化和完善，和传统的设备形式相比，它在技术层面得到了相应的创新，已经具备较高的防水性能，与此同时从整个设备等使用优势上看，它在远程操作上也变得更加方便快捷，也就是说即使在不适应环境下，系统依旧可以正常工作，全面测量。这大大提高的工作人员的工作感官。伴随着整个工程竣工之后验收工作的不断开展和深入，也可以给工作人员提供更为良好的工作环境[3]。

3.测量数据处理

3.1 扫描测量数据的预处理

周围建筑在具体的建设施工中，容易受到环境因素的影响和制约，像是玻璃投射以及灌木丛遮挡都会导致出现出较大的噪音，在此基础上就会进一步影响到整个点云数据，使其在真实性以及全面性上无法得到客观真实地保障，从而直接使得点云质量变差。因此，在当前的工作实践中，必须综合考虑多种影响因素，对点云的进行适当的去噪处理。点云配准。根据采集数据在方式上存在的差异，对数据进行配准的时候需要从实际出发，结合现实情况选择对应的方式。主要包括后视定向配准和站站配准两者不同的模式。前者在进行配准工作时主要采用的是靶标进行与之相关联的配准工作，需要结合建筑物施工的现实情况，将整个建筑物在 RieGL Riscan 软件中进行适宜的模块配准，这一过程中自然也需要输入一些测站坐标和对应的靶标坐标，从某种程度上看，它正在成为确定点云数据全局坐标的前提和基础。整个工作在运行期间主要采取四个同名点，而且主要选择和使用的相对尖锐的物体角，在配准时有时候也需要人工配合，因此这就要求在一定的条件以及环境下，可以采用人工交互的方式进行移动测站，这一阶段主要需要将那些还没能配准的测站移动到已经配准的相关位置，从而为之后进行自动配准工作提供方便和便利。只有真正将误差控制在理想的范围内，才可以为下一站的配准工作提供必要的支撑和保障[4]。

3.2 建筑物面积测算

目前建筑物测量作业中常用的切片法参与并且实施面积测算，从整个工作运行的现实情况来看，它主要是需要提取特征线，在此基础上真正设计出相对科学合理的切片厚度，从而对配准的三维点数据的各个水平面进行相应的切面处理，这样就可以计算并且得到各个楼层的实际建筑面积。在具体实施和运行期间，通过输出相应的绘图文件，使其可以导入到对应的软件中，在数据工具的编辑状态和模式下就能参与和实施建筑物线画图的绘制，从而生成并且得到建筑物本身的面积[5]。

3.3 立面图绘制

立面图绘制工作难度大关键在于细节问题容易出错。建筑物后期的竣工验收是否合格需要依靠立面图进行判断。点云数据引导立面图形成绘制，在三维扫描技术的加持下，立面图绘制更为清晰，而且对整个建筑物的现场还原程度也在不断优化和提高[6]。

4.应用实例

4.1 在城市地下空间测量中的应用

在房产建设中，地下空间常常会被开发商设计并且改造成停车场。使用传统的测量方式对地下空间进行相应的测量，往往会存在一些不可忽视的问题。城市地下空间通常情况下，整个光照的条件比较差，这就意味着在工作的具体运行期间，常常需要人工打灯从而实现对测量工作的辅助，这一阶段就很容易出现漏洞等情况。地下空间控制网在布设的时候本身就存在较大的难度，大多数情况下需要从地表引入一定的控制点，只有这样才能实现对控制网的布设。但是需要注意的是，导线长短本身就不相等，地下空间也会存在较多的异常因素，这就直接导致整个测量的精确度和准确度无法得到切实的保障。传统的测量需要经过导线等多次测量，在工作效率上相对规地下，生成的也是二维数据。再加上地下空间本身就存在一定的特殊性和复杂性，所以在具体的施工运行阶段，常常需要考虑到较多的建筑结构，这就意味着整个工作中对数据传输的准确性也会产生并且带来一定的影响[7]。长此以往，就会改变整个地下空间结构，对地下面积的计算也会产生一定的负面作用。地下空间测量具体实施过程如下：在地下空间的出入口附近对所有的控制点进行测量，在此基础上要始终确保整个控制点的三维坐标从数量上看不少于三组，之后再根据行进路线对其进行全方位的扫描，这一过程中必须确保相邻测距站在比例上能够存在较高的重合度。对应的输出数据也需要利用相应的软件进行拼接，之后再通过成图软件在点云整体模型上提取更为关键的信息，最后实现对整个数据的高效化处理，编制出对应的数据成果。和传统的测量方式进行比较分析，三维激光扫描技术对光照条件的要求相对较低，而且在黑暗的地下空间测量也会存在更大的技术优势[8]。

4.2 在房产建设中土方测量的应用

利用三维激光扫描技术对房产项目的场地进行点云扫描以及对应的土方量计算，从整体上看，存在比较明显的技术优势，它的测量距离相对较长，而且在测量期间，速度也更加高效，可以最大限度确保整个测量结果的精确性和准确性，在不接触的情况下就实现广泛的测量。通过利用相关设备对土方进行大面积的扫描，也能在较短的时间内获得大量的三维坐标信息，从而更加深刻的了解以及把握整个被测量物体表面起伏的实际状态，从而进一步提高土方测量的精确度好准确性。这在房产施工初期的土方测量作业中可以进一步缩短工期，因此具备更大的推广意义[9]。

结语：

三维激光技术在现阶段的应用中，和传统的测量方式相比，存在明显的技术优势，它在一定程度上改善了传统测量技术的不足，可以全面提升作业效率，与此同时，在信息化技术的支撑下还可以生成三维立体图像，从而确保测量结果的真实性和准确性，因此该技术在房产测量中的应用是非常重要且必要的。伴随着我姑三维激光技术在社会上的高速推广和应用，该技术在未来房产建设中也会起到关键性作用，真正促进房产建设的可持续发展。