三維激光掃描在建筑規劃竣工測繪中的應用研究

張 蕊 遼寧云輝建設工程有限公司

1 前言

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。

2 建筑規劃竣工測繪相關概述研究

2.1 主要內容

2.1.1 總平面圖測量

總平面圖測量作為建筑規劃竣工測量的重要內容之一，通過運用科學合理的測量技術手段，可以充分有效的顯示建筑區域的具體位置，確保區域定位的準確性，為后續的規劃提供科學指導。在實際開展總平面圖測量工作中，首先需要結合地形圖編制的任務目標，在此基礎上對工程項目的總平面圖開展高效測量。其中需注意的是，總平面圖測量包括區域全部要素，包括臨近區域的地形地貌等。在實際當中如果臨近區域屬于道路工程項目，此時要結合相關的測量技術顯示道路的輪廓線。如果臨近區域的起伏特征比較明顯，為了確?？偲矫鎴D測量成效，需對起伏區域實施高程測量，大體范圍在建筑施工區域的30m以內。在實施高程測量過程中，一要明確區域高程點位，二要合理控制建筑細部點及高程點的誤差，一般不得超過5cm。

2.1.2 面積測算

對于建筑竣工中面積測量環節，一般涉及的內容比較繁瑣復雜，包括綠地面積測量、地下空間面積測量以及建筑基底面積測量等，在完全明確上述測量結果的基礎上，還要對比分析測量結果與規劃指標，明確竣工測量環節存在的問題，及時查找并解決，避免建筑施工面積測量出現偏差。

2.1.3 建筑高度測量

通常而言，測量的主要內容包括女兒墻頂部、室內層級地坪及建筑出入口測量等，為了全面有效提升建筑高度測量水平，在實際中可以運用水準儀或全站儀等測量設備，能有效確保測量精準度，還可以大幅降低人工測量過程中存在的測量誤差。

2.1.4 建筑間距測算

在實際建筑間距測量工作中，工作人員需要以裙樓外墻面為基準實施操作，同時針對不同的建筑間距，要分別標注建筑間距。對于個別特殊性的高層建筑，如果建筑位于坡面上，此時建筑間距的測量方法會有所差異，通常測算需要先獲取屋脊線在地面上的水平投影間距，以此為基準進行間距測算。在開展間距測算工作中，還要結合建筑竣工圖紙，在該圖紙上標注各建筑間距參數，同時確保測算精準度，一般要將誤差控制在0.01m以內。

2.2 測量現狀

2.2.1 控制點位難以滿足測量要求

就目前而言，在實際開展建筑規劃竣工測量工作中，存在很多影響和干擾因素，導致測量結果精準度較差。很多城市建筑及道路施工建設中，存在人為破壞的嚴重問題，不僅影響到建筑整體的使用壽命，也造成控制點位的破壞，使得點位選擇難以滿足竣工測量的現實要求。建筑竣工測量很多時候會處于施工作業地帶，如此控制點位破壞問題的干擾會更大，加之很多控制點距離竣工測量區域比較遠，要想有效開展竣工測量，需布設控制網，所以測量難度大幅增加。

2.2.2 測量難度大

受到測量技術手段方面的制約，在以往開展竣工測量中，全站儀是較常見的設備儀器，但要想利用全站儀發揮理想的測量效果，還要配合棱鏡使用，即在開展測量前將棱鏡放在準確的測量位置，然后實施測量作業。需要注意的是，很多竣工測量項目中，建筑物高空結構發生根本性的變化，加之建筑樓頂拐角位置測量人員難以抵達，所以數據采集存在很大的難度，導致測量結果的準確性受到影響。

2.2.3 不規則建筑測量困難

對于個別建筑物來說，由于形狀存在不規則特點，在實際開展竣工測量時也會面臨很大的難題。一般竣工測量大都是采用點測量的方式，即每一次的測量只獲取單獨一個點位。但是對于不規則建筑物結構，需要獲取大量的點云數據，如此才能確保測量結果的精準性，所以迫切需要引進高端先進的竣工測量技術手段，全面提升測量精準度。

3 三維激光掃描技術特點及原理分析

3.1 技術特點

對比傳統的測量技術方式，三維激光掃描技術在外業測量中具備較大的優勢和特點，將其運用到建筑竣工測量中，可以憑借技術的功能優勢，真實有效地將建筑物的各個細節特征充分顯示，尤其是對于一些高層建筑、不規則建筑等，三維激光掃描技術可以克服以往技術存在的弊端，發揮出理想的測量效果。三維激光掃描技術在竣工測量中的應用，還實現了單點測量方式的優化升級，形成了一種新型的點位數據采集方式?？傮w而言，三維激光掃描技術在建筑規劃竣工測量領域的應用，發揮出實質性的作用和價值，包括以下幾點：第一，三維激光掃描技術通過非接觸式的測量原理，可以對結構復雜、不規則的建筑實施遠程測量，不需要人員抵達現場，便可以實現對目標數據的采集，因此適應范圍比較廣泛，效果比較理想。第二，相對比一般的測量技術，三維激光掃描技術的點云數據獲取速度更快，通常可以達到30萬點/s，不僅極大地縮短了建筑竣工測量的周期，同時也全面提升了測量效率和質量，降低了人工測量勞動力。第三，對于以往的測量方式，一般只能獲取平面及少量的高程數據信息，然后結合數據測量結果制作二維竣工圖紙，以此為基礎測算相關面積參數。而結合無人機傾斜攝影測量的三維激光掃描技術，不僅具備快速高效、成本投入低等諸多優勢，而且獲取的影像數據信息通過相關軟件的處理，可以建立三維數據模型，在后續的使用中指導性和參考性更強。

3.2 技術原理

結合建筑竣工測量作業標準的不同，在實際運用地面三維激光掃描技術時，可以將其細分為兩種作業方式，即固定式和移動式。由于兩種方式的標準存在差異，三維激光測距的方法也不盡相同。二者共同表現出的測量原理是利用激光測距的方式獲取高精密度的數據信息，最終完成竣工測量項目。在實際開展竣工測量時，為了更進一步提升三維激光掃描技術運用效果，相關作業人員需要從多個維度獲取目標數據信息，結合實際情況進行整合分析，目的是在提升竣工測量準確性的基礎上進一步縮短竣工測量周期。

4 三維激光掃描在建筑規劃竣工測繪中的應用

4.1 應用要點

4.1.1 技術流程

在建筑規劃竣工測量中運用三維激光掃描技術時，主要涉及外業數據采集和內業信息優化處理，其中外業數據采集又包括竣工交付項目控制測量、工程信息采集以及激光掃描等內容，內業數據優化處理則包括數據坐標轉換、點云數據處理及三維數據模型構建等。在實際運用該項技術時，相關人員要有效確保內業數據信息處理的質量，為坐標系轉換工作的開展提供充分指導。同時，對于外業控制測量而言，在運用三維激光掃描技術時可以結合GPS、RS 技術進行操作，即先利用GPS 定位技術實施現場點位布控，再配合無人機傾斜攝影測量技術實施遠程控制測量，全面提升數據獲取的質量和效率。

4.1.2 竣工測量相關數據信息采集

三維激光掃描技術在進行竣工測量獲取數據信息中，除了嚴格按照技術流程和規范執行操作以外，還要結合工程實際調整設備儀器，一般的建筑竣工測量項目選擇反射距離在500m左右的三維激光掃描儀即可。就目前測量領域來說，三維激光掃描技術的運用模式包括單站絕對定向模式和無靶標相對定向模式兩種，其中前者要想發揮理想的測量效果，需要嚴格控制掃描點位與靶標的位置信息，在此基礎上設定相關測量參數，完成竣工測量任務。后者的原理在于優化和簡化處理建筑竣工測量項目的掃描作業流程，顯著提升測量效率，一般結合GPS 技術進行測量，數據采集效率更高，質量更好。

4.1.3 數據集中優化處理

在完成外業數據采集工作后，需開展內業數據信息集中優化處理工作，目的是去噪和修復獲取的點云數據，提升目標數據信息的精準度。一般外業數據采集過程中會受到多方面因素的干擾和影響，導致原始數據出現噪音、間停等問題，為了避免對測量結果精準造成影響，要結合三維激光掃描技術進行數據去噪和修復，確保數據具備足夠的完整性。在實際開展數據優化處理工作中，結合三維激光掃描儀的配套軟件去除點云數據的噪音，接著集中對數據進行去噪和修復處理。由于點云數據配準方式包括后視定向配準和站間配準兩種，前者主要是在軟件中數據靶標坐標以及測站基準坐標信息，然后結合后視定向配準模塊，轉換處理原始點云數據的坐標；而后者則是通過人機協作的方式進行操作。

4.1.4 三維激光掃描技術的精確度指標

在實際運用三維激光掃描技術進行建筑竣工測量時，通常要嚴格確保測量結果精準符合既定標準。按照城市測量規范，在開展建筑物竣工測量中，可將竣工測量精度分為以下幾個標準：一類標準是平面精度誤差在5cm以內，二類及三類誤差限定標準分別是7.5cm、25cm。而對于高程測量精度，誤差要在15cm 以內。在對整體建筑實施竣工測量中，以往的各項測量技術手段均能達到測量精準度的要求，而對于復雜、不規則的建筑竣工測量項目，需要運用三維激光掃描技術進行局部精準度控制。

4.2 應用實踐

4.2.1 工程概況

某建筑工程項目占地0.07km2，包括6 棟高層建筑及10 棟多層建筑，其項目整體布局如圖1 所示。該建筑工程周邊的道路基本竣工，小區內部綠化項目未進行，植被覆蓋率較低，點位遮擋因素可以排除，所以可以運用三維激光掃描技術實施竣工測量。

圖1 項目布局結構

4.2.2 數據采集項目

本次研究中主要利用自由設站法進行點云數據的獲取，在實際開展作業中，要保證各站之間的重疊度參數符合要求，結合采集的公共地物點位進行點云拼接。在該項目中，各棟建筑之間構成了一個掃描閉合環，使得整體建筑結構如同一個龐大的閉合網。本次測量中，共計架設61個站位，其中每一個站位的用時在2.5min左右。

4.2.3 點云數據處理

將上述獲取的原始點云數據導入Cyclone 軟件中，實現點云數據的自動拼接處理。在此過程中，由于相鄰站之間不可避免會出現缺少公共點位的情況，加之環境因素的干擾，所以點位拼接中需要人工干預，本次研究中主要運用到了目視拼接法，點云拼接過程中存在的誤差符合拼接精度要求。拼接完成后導入外業控制點坐標，將點云模型校正到測量坐標系中，形成可直接測量的點云數據。

4.2.4 竣工地形圖測繪

點云數據經過數據轉換后傳入EPS 三維測圖軟件中進行竣工地形圖測繪，數據采集主要有建筑物各分層輪廓線采集、建筑物特征部位高程采集、構成小區的環境地物特征點采集、高程注記點采集，以及與周邊環境做好相互銜接處理。由于軟件可在三維窗口和二維窗口自由切換，并且實時聯動，數據采集和編輯工作可同步進行，相較于傳統的切片處理作業模式，效率有較大改善。地形圖數據采集過程如圖2所示，圖形編輯完成后，疊加項目規劃控制紅線，并添加工程圖廓,并輸出DWG 格式竣工地形圖供項目使用。

圖2 EPS三維點云測圖

5 結束語

綜上所述，建筑規劃竣工測量項目中運用三維激光掃描技術，一方面可以顯著提升測量精準度，另一方面還可以有效縮短測量周期，降低人工測量勞動力。為了進一步提升三維激光掃描竣工測量效果，在實際當中要嚴格按照規范流程執行操作，同時結合工程實際調整技術流程及設備儀器，并結合GPS、RS等技術，全面提升三維激光掃描質量。本文結合實例分析，將三維激光掃描技術運用到實際的工程竣工測量項目中，經對比分析，測量結果的誤差符合精度要求，可以發揮出實質性的測量效果，應大力推廣及運用。