三維激光掃描在建筑規劃竣工測繪中的應用

孫 肖

（蘭州市城市建設設計院，甘肅蘭州 730000）

隨著科學技術的不斷發展與進步，三維激光掃描技術得到了迅速發展，在建筑規劃竣工測繪過程中起著至關重要的作用，彌補了傳統單點測量方式中存在的不足。三維激光掃描技術可在規定時間內發射出數十萬個的點，以點云的方式表達三維空間幾何形態，采用高分辨相片技術實現物體的三維正射影像，以三維圖像表達物體狀態，解決傳統技術中存在的各種測繪問題，可有效提高工作的效率和質量。本文針對三維激光掃描技術在建筑規劃竣工測繪中的應用進行研究，包括技術指標、關鍵技術等，探討三維激光掃描的實用性和有效性。

1 建筑規劃竣工測量技術指標

1.1 測量精度要求

（1）平面精度。

根據當地建筑發展狀況、建筑測繪相關標準要求，嚴格按照地理建筑物特征的精度要求將地物劃分成一類、二類、三類，各精度級別中存在較大的差異性。

（2）高程精度。

指房屋的高度精度在5 cm范圍以內，地表高程標記點中的存在的誤差在±5 cm以內。

地物類別及精度如表1所示。

表1 地物類別及精度 單位：cm

1.2 測繪成果

（1）1∶500竣工地形圖；

（2）竣工測量規劃復核圖；

（3）竣工測繪總平面圖；

（4）1∶500套紅線地形圖；

（5）三維模型數據；

（6）竣工測量報告。

此次研究中的核心內容為利用三維激光掃描技術中靜態掃描法，制作建筑竣工測繪中的相關文件的過程、方法。

2 關鍵技術研究

2.1 儀器及軟件

項目組的關鍵性人員采用型號為RIEGL VZ-400的激光掃描儀，該掃描技術屬于一種高精度的激光掃描儀。掃描過程中的掃描距離一般控制在30～160 m，掃描范圍通常為100°（垂直角度）×360°（水平角度）。

武漢大學與寧波市測繪設計學院研究出一種點云信息綜合處理平臺VR-CityScene的技術，即點云處理軟件。該軟件技術主要針對海量級別的城市，通過采用點云適應簡化方式計算，并建立三維激光點的一種云多分辨率結構，外存點云存取機制，與GPU硬件相結合，可全面加速該技術的使用，并實現還量點云的實時性渲染，完成具有高效性的索引機構技術。

通過設計并研發高效性的技術，包括點云管理、搜索引擎，有效解決海量點云技術操作過程中的各種難題，如自適應抽稀、高精度自動配準、三維精細建模等。通過結合點云模型的測圖要素智能化提取、三維空間量測技，可優化軟件技術，且可實現我國常用測圖技術的銜接和集成。

2.2 作業流程設計

以三維激光掃描技術應用過程中的特點、操作技能、實際需求，設計作業流程圖。工作人員收集測區路勘的資料，根據資料內容制定相關作業流程方案，以控制測量結果。

（1）為了實現良好的控制測量，工作人員應準備專業的儀器設備，在相關崗位上合理安排工作人員，技術人員采用激光掃描儀器完成外業測量工作。

（2）需要做好對控制點RTK的測量、水準的測量、建筑外立面地形相片拍攝三維導線控制點的加密工作，進而獲取外業檢測點。

（3）工作人員在完成上述工作后，導出、配準云數據全部，并制作全景球，制作過程中檢測數據不合格，需要重新控制測量；檢測合格可直接檢查點云的精度性、完整性。

（4）制作竣工地形圖、量取指標參數，按照各種規格制定相應的圖件，制作完成后進行一、二等級檢查，檢查合格后進行項目驗收，經檢查不符合標準，需要重新控制質量，直至合格。

2.3 三維激光掃描方案

由于每個地區的特征存在差異，因此，在掃描方案的選擇上應根據具體情況進行分析，需要全面結合已控制好的點分布特征情況。

（1）坐標系掃描法。

掃描儀與靶標在掃描的過程中均可以直接放置在設置好的控制點處，有利于縮減掃描流程，提高掃描效率，內業通過借助已獲取的數據，確定點云絕對位置和方向。

（2）碎部控制掃描法。

這種方法的掃描儀在掃描的過程中無須架設在已知的控制點上，外業只需采用常規測量方式獲取云中的相關數據和信息，以獲取三維坐標的具體位置。內業可直接采用各站之間的同名碎部控制，完成相關數據的額配準和定向。

（3）靶標配準法。

在掃描的過程中無須將其控制在已知的控制點上，通過相鄰兩站間4個以上的靶標，確定相鄰兩站間的具體的關系位置，在實際操作過程中只需取少量的碎部控制點。內業通過同名靶標球完成對相鄰站點云的匹配標準，可直接確定整體點云的絕對方向。

通過對測區內衛星信號的強感和弱感進行測量，測量區域附近可發現明顯的控制點情況、實際測量區域范圍的大小，可根據上述多種因素和內容，制定具有時效性的作業方案，以滿足外出作業時間段、點云數據全面、操作流程簡單化等要求。

2.4 掃描儀器配備及組裝

三維激光掃描外業掃描儀器、相關設備主要包括三維激光掃描儀、發電機、數碼相機、筆記本電腦、靶標球等。該設備和儀器在實際應用過程中，為了完成外業儀器的架設和轉站，項目的相關人員需要完成自主化的設計和生產，確保推車的組裝、外業作業可順利進行。

2.5 數據處理及成果制作

（1）初步點云數據處理。

利用RIEGL VZ-400商業軟件RiscanPro技術按照相關配備流程完成對點云數據的配準，在實際操過程中為了滿足二維成圖的設計需要，實現新設計理念，應對點云數據進行合并、抽稀處理。合并、抽稀軟件是在武漢大學測繪學院與寧波市測繪設計研究院共同研究開發的新型技術，是目前應用領域較廣泛的技術，應用成績良好。

（2）二維成圖方法。

采用VR-CityScene軟件的特征和優勢，可直接在點云數據中描繪建筑整體的輪廓線，并看到具體的實物情況，獲取的相關數據和信息均在第一時間手動導入CAD軟件中。

①點云的頂視圖。

可直接進行描繪，主要適用的范圍為外輪廓較為規則的建筑測繪中，在實際操作過程中主要包括取點方式、描線方式。

②切片繪制。

這種方法更細致化、具體化，適合應用在建筑結構層次復雜的建筑物中，建筑整體結構復雜建筑物，無法直接采用頂視圖的方式，判斷建筑物輪廓線，需要采用切片繪制的方式描繪建筑物輪廓線，通過截取建筑某個特定層次中的橫截面，描繪該層次的輪廓線，預判和分析建筑物的具體形象。

③地形繪制。

若點云比較稀松，無法準確判斷建筑兩旁道路的邊線、攝像頭、路燈等，需要根據高程特性選擇合適的高程空間完成高層的偽裝彩色渲染，有利于更準確判斷繪制的對象。

（3）成果資料制作。

根據已繪制成型的二維測區地形圖，結合建筑規劃的許可證附圖、規劃審批材料等內容，設置具有實效化的竣工測量規劃復核圖、竣工測繪總平面圖、1∶500套紅線地形圖等，可明確建筑項目、周圍情況，為后期相關工作的開展奠定良好的基礎。

3 結語

綜上所述，在科學技術迅速發展的背景下，三維激光掃描技術的應運而生，為多個領域的發展與建設創造了有利的條件。本文通過分析三維激光掃描技術在建筑竣工測量中應用，研發出一種高效可行的操作方案，在實際應用過程中取得了較好的成績。靜態三維激光掃描技術存在搬運困難等特征，在實際運用之前需要做好相關準備工作。為了確保該技術可在建筑規劃測繪部領域的廣泛應用，推動建筑行業的健康發展，相關企業需要借鑒國內外的先進技術，并進行深入研究。