三維激光掃描技術(shù)在園林綠化竣工測量中的運用研究

李東杰

（烏蘭察布市園林防滅火隊，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000）

伴隨著新時代的到來，越來越多的先進技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們生產(chǎn)生活之中，并且發(fā)揮非常重要的作用。就以三維激光掃描技術(shù)來講，該項技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，比如穿透性較強、數(shù)字化處理、自動化處理、測量精準度較高等等，這使得該項技術(shù)被應(yīng)用于軍事、測繪、工程、交通等領(lǐng)域之中。基于此，在園林綠化竣工測量要求較高、測繪點較多的情況下可積極引用三維激光掃描技術(shù)，進行自動化測量，獲得精準度較高的測量數(shù)據(jù)，為竣工驗收提供參考依據(jù)。

1 三維激光掃描技術(shù)的概述

三維激光掃描技術(shù)又稱為實景復(fù)制技術(shù)，它產(chǎn)生于上世紀九十年代，是測繪領(lǐng)域中推出GPS技術(shù)之后的又一技術(shù)革命。在測繪領(lǐng)域之中能夠進行高速激光掃描測量，獲得面積較大、分辨率較高的事物表面各個點的基本信息，包括各個點的坐標軸、反射率及所呈現(xiàn)的顏色等，與此同時在大量數(shù)據(jù)信息的支持下能夠?qū)?shù)據(jù)信息予以整合應(yīng)用，從而構(gòu)建1:1真彩色的三維點云模型，能夠支持多項工作，比如數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、內(nèi)業(yè)處理等，可極大程度上提高工作質(zhì)量和效率。與傳統(tǒng)的單點掃描相比較，三維激光掃描技術(shù)的優(yōu)勢非常明顯，比如適用性較強、掃描速度較快、穿透性較強、不需要接觸掃描對象、密度與精度較高、支持數(shù)字化操作、支持自動化操作、支持實時數(shù)據(jù)獲取等等。當然，三維激光掃描技術(shù)之所以能夠有效應(yīng)用，主要是因為該項技術(shù)在具體應(yīng)用的過程中，確定目標對象，即可設(shè)置關(guān)于目標對象的完整的三維坐標數(shù)據(jù)測量，從而獲得全景點坐標數(shù)據(jù)，這是因為該項技術(shù)利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量的密集的點的三維坐標、反射率和紋理等信息，可快速復(fù)建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。正因如此，三維激光掃描技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于諸多領(lǐng)域之中，比如建筑檢測、交通事故處理、土木工程、船舶設(shè)計、數(shù)字城市、軍事分析等等，發(fā)揮著不可忽視的作用。

2 園林綠化竣工測量技術(shù)應(yīng)用要求

在“綠水青山就是金山銀山”環(huán)保理念下，國內(nèi)城市建設(shè)朝著生態(tài)化方向邁進。為了能夠促進人與自然和諧共處，也為了改善城市環(huán)境，目前城市建設(shè)之中越來越重視園林綠化工程建設(shè)。而從以往工程建設(shè)實踐結(jié)果來看，諸多因素影響園林綠化建設(shè)質(zhì)量。所以，加強園林綠化竣工測量是非常有必要的，能夠提高竣工驗收的準確性。

園林綠化竣工測量的基本特點是需要采集的測量要素較多、采集要素的屬性較雜、測量精確度要求較高等等。這就需要所選用的測量技術(shù)及配套設(shè)施在具體應(yīng)用的過程中能夠?qū)Σ煌瑯淠尽⑸珘K、植被、草坪、水生植物、園林設(shè)施、園路、建筑物、水體等要素予以采集；需要對綠化屬性予以確定，比如植物名稱、植物高度、植物種植面積、植物生長情況、不同樹木樹穴類型、冠徑大小等等；需要保證點狀要素的坐標位置誤差應(yīng)當小等于0.5m，面狀要素坐標位置的誤差應(yīng)當小等于1m，樹徑丈量中誤差一般要求小等于1cm，冠徑丈量的誤差應(yīng)小等于0.5m；樹高測量誤差應(yīng)當小定于1m。

3 園林綠化竣工測量中三維激光掃描技術(shù)的有效應(yīng)用

3.1 園林綠化數(shù)據(jù)外業(yè)采集

在利用三維激光掃描儀來進行園林綠化數(shù)據(jù)野外采集，要求：（1）在每個綠化測量片區(qū)周邊進行測量，合理設(shè)置圖根控制點，并且盡可能地提高控制點平面精度和高程精度，使之5㎝范圍內(nèi)，在每個圖根點上設(shè)置儀器設(shè)備，之后三維激光掃描，那么能夠?qū)崿F(xiàn)點云數(shù)據(jù)的坐標系統(tǒng)定位。（2）在利用三維激光掃描儀來具體掃描園林綠化要素，需要遵循最少測站下覆蓋全區(qū)域的原則，所以相關(guān)工作人員需要特別注意優(yōu)化設(shè)置現(xiàn)場測站的位置，在保證全區(qū)域測量的情況下設(shè)置的現(xiàn)場測站最少。（3）采用球形靶標作為掃描的同名點，便于后期點云數(shù)據(jù)的自動匹配。而為了能夠做到這一點，需要相關(guān)工作人員能夠在兩個現(xiàn)場測站之間至少要設(shè)置3個公共的球形靶標，并且合理設(shè)置球形靶標的位置，促使點源配準自動識別更加準確，能夠真正做到精準掃描。（4）在對園林綠化區(qū)域內(nèi)的建筑物進行激光掃描的過程中需要將多層建筑作為后期點云數(shù)據(jù)配準的公共面，以便能夠?qū)Χ鄬咏ㄖ牟杉c進行坐標系統(tǒng)定位，使得激光掃描能夠快速且準確的展開，減少作業(yè)時間。（5）采油適合的軟件與三維激光掃描儀相連，以便將三維激光掃描于獲取到的點云數(shù)據(jù)直接上傳至軟件，可直接利用軟件的數(shù)據(jù)分析功能，對點源數(shù)據(jù)加以處理、保存。

3.2 園林綠化點云數(shù)據(jù)處理

園林綠化點云數(shù)據(jù)處理是否合理，是否有效，在一定程度上決定園林綠化竣工驗收能否更加合理的展開。出于精準驗收的考慮，相關(guān)工作人員需要選用功能齊全且適合的點云測圖軟件對所獲取的園林綠化數(shù)據(jù)加以處理，也就是能夠直接利用該軟件測量園林綠化內(nèi)不同樹木的點位、樹高、冠徑等要素邊線。在具體應(yīng)用點云測圖軟件來處理數(shù)據(jù)之前，需要相關(guān)工作人員特別注意的是進行文件格式轉(zhuǎn)換，如若前期文件格式不一致，那么后續(xù)點云數(shù)據(jù)處理之中可能受文件格式影響，導(dǎo)致某些數(shù)據(jù)丟失或者某些數(shù)據(jù)整合不到位等情況發(fā)生。在具體利用點源測圖軟件來進行園林綠化數(shù)據(jù)處理的過程中，首先需要設(shè)置園林綠化屬性要素文件，也就是統(tǒng)一設(shè)置模板數(shù)據(jù)，基于統(tǒng)一的屬性參數(shù)，來對點云數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換處理，比如統(tǒng)一采集高度約1.3m的樹徑，如果存在有利于樹木下面種植有色塊的，需要對設(shè)置的采集樹徑高度進行重新的調(diào)整。此時需要工作人員在軟件上對下方?jīng)]有色塊的樹木和下方有色塊的樹木位置加以捕捉。在這一過程中首先對園林綠化之中的喬木位置加以捕捉，之后進行小喬木以及灌木位置的捕捉。如若這一過程中未能準確的捕捉樹木的位置，那么需要借助軟件的編輯功能手繪樹木點位。三維激光掃描儀應(yīng)用的過程中也可能存在不能準確辨別某些樹木的確切點位，此時需要工作人員基于三維視圖和全景影像來判斷樹木的位置，進而獲取到樹木的點云數(shù)據(jù)。如若園林綠化之中樹冠影響道路或者樹木下方色塊，導(dǎo)致點云平面圖難以清晰地呈現(xiàn)出路邊線和色塊邊線時，需要將樹冠的點云按照pos高度過濾隱藏，進而將路邊線和色塊邊線呈現(xiàn)出來并加以提取。利用軟件導(dǎo)出外業(yè)調(diào)查工作底圖，在該圖上詳細的標注出不同屬性數(shù)據(jù)，比如樹徑的點云數(shù)據(jù)、樹高的點云數(shù)據(jù)、冠徑的點云數(shù)據(jù)等等，并且套合地形圖及正射影像數(shù)據(jù)，如此能夠為相關(guān)竣工驗收人員提供詳細的樹木名稱及相關(guān)數(shù)據(jù)，以便其能夠?qū)Σ煌瑯淠镜臉淝o、樹高、樹冠等進行測量，對比分析園林綠化工程建設(shè)是否符合相關(guān)規(guī)范要求。

3.3 精度評估和效率分析

相關(guān)工作經(jīng)驗表明，利用三維激光掃描儀來采集園林綠化數(shù)據(jù)，對不同樹木點云數(shù)據(jù)的精準度加以檢驗。經(jīng)過詳細的統(tǒng)計計算，可知不同樹木位置、冠徑以及樹高等要素的數(shù)據(jù)誤差均在允許范圍之內(nèi)；對比三維激光掃描儀進行的樹徑測量和樹徑尺測量的數(shù)據(jù)，分析三維激光掃描儀應(yīng)用的情況下豎徑測量數(shù)據(jù)是否精準，結(jié)果顯示豎徑測量的誤差范圍在±0.25cm之間，這一精準度達到園林綠化竣工測量技術(shù)應(yīng)用要求。所以從精準度的角度來講，三維激光掃描技術(shù)適合應(yīng)用于園林綠化竣工測量之中。

目前園林綠化竣工測量之中，三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用主要是進行外業(yè)數(shù)據(jù)掃描、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理以及外業(yè)現(xiàn)場核查三個部分，這三個部分分別占總工作量的30%，30%以及40%，這充分說明了合理地利用三維激光掃描技術(shù)來進行竣工測量能夠在一定程度上提高工作效率，減少勞動力，獲得準確的竣工驗收結(jié)果創(chuàng)造了條件。

4 案例研究

按照某市園林綠化地理信息系統(tǒng)的要求，園林綠化竣工測量需要對規(guī)格樹木，信息規(guī)格樹木與冠縣關(guān)系信息，綠地屬性，信息，利率覆蓋厚度情況信息等方面加以掌握。為了保證本次園林綠化竣工測量能夠獲得到精準度較高的信息數(shù)據(jù)，相關(guān)負責(zé)人組織測量人員利用Trimble TX8激光掃描儀來展開該項工作。該掃描儀采用超高速脈沖激光每秒掃描點，可達到100萬個最大側(cè)層距離約為340m集成了內(nèi)置相機，可在兩分鐘之內(nèi)獲取到全景H DR圖像并且快速地生成點云數(shù)據(jù)。

4.1 規(guī)格樹木數(shù)據(jù)信息的采集

在具體利用激光掃描儀來進行規(guī)格樹木掃描之前需要相關(guān)工作人員能夠明確園林部門的要求，掌握規(guī)格樹木的標準，也就是垂直于樹木種植地，平面約1.2m的樹干，胸徑大于20cm的樹木。進而合理的現(xiàn)場測站，利用激光掃描儀對規(guī)格樹木進行掃描，采集云點數(shù)據(jù)，具體包括規(guī)格樹木的空間位置、樹徑、樹種、地址等。在具體進行規(guī)格樹木點云數(shù)據(jù)采集的過程中可同時對已經(jīng)竣工的規(guī)則且多層建筑的云點數(shù)據(jù)加以采集，同樣是先定位規(guī)則，多層建筑的坐標系統(tǒng)，設(shè)置采集點，進而全面掃描建筑物，采集云點數(shù)據(jù)。如此即可實現(xiàn)規(guī)格樹木以及建筑的同步測量確保坐標系的統(tǒng)一，同時也能夠提高數(shù)據(jù)采集的精準度。另外，一次性測量可減少儀器重復(fù)使用。

4.2 規(guī)格樹與管線關(guān)系數(shù)據(jù)采集

園林綠化地理信息系統(tǒng)之中地下管線數(shù)據(jù)是規(guī)格樹木信息的重要組成部分，為了能夠更加全面地了解地下管線能否會給規(guī)格樹木的成長帶來一定的負面影響，在本次園林綠化竣工測量之際，還需要對規(guī)格數(shù)與管線關(guān)系數(shù)據(jù)進行采集。也就是利用激光掃描儀及輔助設(shè)施來進行園林綠化范圍內(nèi)的管線的云點數(shù)據(jù)采集。這需要相關(guān)工作人員首先要對園區(qū)內(nèi)管線部署情況加以明確，按照激光掃描儀的應(yīng)用要求，合理地規(guī)劃管線測量片區(qū)，進而合理地設(shè)置儀器架設(shè)的位置，利用儀器進行全區(qū)范圍內(nèi)的管線掃描，從而掌握排水、天然氣、通信等方面的管線的點云數(shù)據(jù)。

4.3 綠地屬性數(shù)據(jù)采集

本次利用激光掃描儀來進行綠地屬性數(shù)據(jù)采集的過程中主要是對綠地編號綠地面積，所屬區(qū)域、卷權(quán)屬單位利率類別等方面數(shù)據(jù)信息加以采集。綠地編號及社區(qū)是賦予每塊綠地的編號，對于這部分信息的采集，主要是需要工作人員向甲方詢問綠地的權(quán)屬單位及所屬社區(qū)之后進行相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢。

4.4 園林綠化數(shù)據(jù)的處理

在采集到園林綠化竣工測量相關(guān)數(shù)據(jù)的情況下，為了能夠有效地整理數(shù)據(jù)，并且完整的保存到園林綠化地理信息系統(tǒng)之中，相關(guān)工作人員利用Arc GIS軟件進行數(shù)據(jù)的自動化處理。

（1）在具體利用軟件識別不同園林綠化要素的云點數(shù)據(jù)之前首先需要進行統(tǒng)一的文件格式設(shè)置，之后利用軟件的空間分析功能，對垂直相交的規(guī)格樹木的勻點數(shù)據(jù)及管線的源點數(shù)據(jù)加以識別，第2填寫到規(guī)格樹木與管線信息屬性表之中。

（2）利用軟件的圖形編輯功能，對整合本次所采集到的園林綠化竣工測量數(shù)據(jù)，生成1:500的地形圖，即數(shù)字線畫圖，也就是以點線面或者地圖特定圖形符號，將地形圖之中涵蓋的園林綠化要素加以標。

5 結(jié)語

經(jīng)本文分析，園林綠化竣工測量技術(shù)要求較高，傳統(tǒng)單點掃描方法并不適用于園林綠化竣工測量，容易造成測量誤差較大、測量精準度不高、測量效率較低等情況發(fā)生。對此，應(yīng)當利用三維激光掃描技術(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)單點掃描方法，應(yīng)用于園林綠化竣工測量之中，能夠滿足測量要求，獲得精準的數(shù)據(jù)信息，為更加科學(xué)合理地進行竣工驗收提供參考依據(jù)。