三維激光掃描技術下的規劃驗收測量數據處理及成果獲取

王 芬，徐炳前，郝 旦

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060)

規劃驗收測量是針對規劃驗收而進行的一種核實測量，又稱規劃核實測量。規劃驗收測量需要核實的內容相對繁雜，以廣州市建筑工程規劃驗收測量為例，主要包括以下內容：①驗收現場周邊30 m范圍內現狀地形；②建筑物的面積信息(包括建筑面積、計算容積率面積、基底面積)；③建筑高度、層高；④建筑間距、四至退界、建筑退讓；⑤建設規模、公建配套面積、停車位、綠地率；⑥城鄉規劃主管部門要求的其他內容。

為獲取上述內容，按照傳統測量的方式一般為：收集擬驗收建筑物周邊已有地形圖、項目驗收竣工圖，到項目現場通過布設控制導線、全站儀提取特征點，拍攝項目及周邊地形圖，核對竣工圖，通過內業處理，獲得上述規劃驗收測量需要的相關信息。

相較于傳統的規劃驗收測量方式，三維激光掃描技術可將擬驗收建筑及周邊情況幾乎完全無差地復制到電腦中，具有絕對和相對坐標信息，完全真實和同尺寸可縮放的三維影像資料。

三維激光掃描技術應用于規劃驗收測量數據處理分為兩個部分：一是點云數據的拼接與去噪，二是點云數據的后處理及利用，即規劃驗收測量的成果獲取[1]。

1 三維激光掃描點云數據的拼接與去噪

三維激光掃描點云數據量大，一般每一站的數據量達到約1 GB，點量均達到以億計數的級別。三維激光掃描數據處理前應完成數據的拼接，并刪除無關信息，以降低數據處理量。

1.1 點云數據的拼接

點云數據的拼接是指將多次多個測站的數據在一個數據集中表示，便于對數據進行加工利用。在進行數據的拼接之前，應先在控制點上設站的掃描數據中錄入控制點信息，便于下一步的拼接和點云數據的歸位。

配準如在控制點站間，一般略作平移旋轉后即可進行精配；配準若在自由設站區間或跨站區間，數據自動匹配度較差，需人工控制同名點匹配。如圖1所示。

圖1 點云配準

一般精配后應將點云匹配精度控制在小于3 mm，同名點量大于1萬，呈正態分布。

在配準完成后，應對數據進行整體平差。在控制點數量較多的情況下，可檢查部分控制點的精度。如總共有7個控制點，選取6個點進行平差，檢查其他點，可用于剔除粗差點。控制點平差后，將點云進行再次全體精配，可得到點云精度及同名點量。圖2為一驗收項目平差與精配完成后點云質量的分布情況，同名點量充足，點云的精度分析達到3.3 mm，可用于進行下一步的數據應用。

圖2 點云配準精度

1.2 點云數據的去噪

點云數據的去噪可在點云配準前，也可在點云配準后。因廣東省文藝職業技術學院綜合樓驗收測量工程項目中需要使用點云信息進行地形圖的繪制，故在點云配準時保留了所有的點云信息。但因數據量巨大，故在配準完成后，為便于操作，對擬驗收建筑的點云部分進行另存為和去噪操作。圖3和圖4分別為點云去噪前和去噪后的示意圖。

圖3 去噪前點云數據

圖4 去噪后點云數據(單色)

在繪制周邊地形時利用未去噪的數據，數據較全面；繪制分層平面圖時，則采用去噪后的數據。如對點云數據不敏感，可選擇加載相片存儲的真彩色信息。

2 規劃驗收測量的成果獲取

點云數據拼接去噪后，即可加工處理形成驗收測量各類圖件。繪圖過程可根據實際情況分為3種方法：一是取線法，在Riscan中沿掃描點取線，導出DXF文件并加載到清華三維軟件中畫圖；二是切片法，選取一個合適的面，切割點云數據加載到清華三維軟件中畫圖；三是投影法，主要應用于繪制立面圖，即選取一個投影面，將點云數據賦值以投影。

2.1 直接取線法

Riscan Pro軟件可在點云數據上提取點信息和沿點描線。該方法操作簡單，宜用于繪制較大面積的現狀地形圖，如圖5所示。

圖5 在Riscan Pro軟件中直接取線

2.2 切片法

Riscan Pro軟件可以提取一段“區間”點云，加載到清華三維軟件中，“區間”點云為一定高度上連續密集的碎部點，結合特征數據可獲取特征線。該方法耗時較長，但精度較高，宜用于繪制對精度要求高的分層平面圖。圖6為使用切片法繪制建筑物分層平面圖。

圖6 切片法繪制建筑物分層平面圖

2.3 投影法

在建筑物的規劃驗收測量中，驗收測量立面圖主要負責豎向規劃的核對和檢驗，包括每層的標高信息。但是由于建筑物一般并不是完全的正南正北布置，故無法直接利用XY構成的面來直接切片提取數據，而需要設置投影面，獲得投影面點云，并加載至清華三維軟件，結合高分辨率數碼相機所獲得的照片完成立面圖，然后對比竣工圖，可判讀竣工圖的準確性。圖7為某角度的點云立面示意圖，圖8為繪制出的相對應的建筑物立面示意圖。

3 結 語

通過點云數據的拼接與去噪，根據需要獲取成果的特點，分別選取合適的方法提取特征線。經對比發現，對于精度要求相對略低的地形地貌，情況較為多樣的更適用于采用直接取線法，可方便快捷而又直觀地獲得矢量線，繪制相關圖件；對于分層平面等對精度要求較高且具有統一特點的，可采用切片法，以提高內業作業的精度。

圖7 點云立面示意圖

圖8 建筑物立面示意圖