三维激光扫描技术下的规划验收测量数据处理及成果获取

三维激光扫描技术下的规划验收测量数据处理及成果获取

梁相国

柳州勘察测绘研究院有限公司

摘要：近年来，随着城市数字化以及三维建模等的需求，三维激光扫描技术得到越来越多的关注。三维激光扫描技术是一项现代化的测绘技术，与传统的单点测量模式不同。三维激光扫描技术，可以获取目标的海量点云数据，扫描的速度非常快，点位和精度分布均匀等，这项技术充分满足复杂建筑工程规划验收测量的要求，并对测量的数据进行处理，获得更直观的成果。本文对三维激光扫描技术下的规划验收数据处理及成果获取进行了简单的分析，介绍了三维激光扫描技术，在建筑工程验收测量中的应用，希望能为相关人员提供帮助。

关键词：三维激光扫描技术；规划验收测量;数据处理；成果获取

1.引言

规划验收测量是对规划条件进行核实而进行的，通过对已经建设完工的建筑工程或者其他工程进行测绘，核查该建筑工程的施工结果与设计规划的要求是否相一致，工程的各项指标是否符合许可的要求。规划验收测量，是落实规划，合法利用土地以及城市建设管理中的必不可少的一项环节。而规划验收测量的成果，是对建设工程进行规划管理的重要依据，保障规划管理更具科学性、准确性及严肃性。规划验收测量与一般的工程测量相比，测量的相对精度和绝对精度更高。

2.规划验收测量的条件及主要内容

规划验收测量，须在项目竣工后才能进行。对项目进行规划验收时，现场必须符合以下条件：项目工程已完成土建工程及外墙装饰；用地红线与建设项目退让间距内的绿化及其道路等建设完毕；施工用房以及施工排栅已经拆除完毕，满足上述条件就可以使用三维激光扫描技术进行作业，能有效的减少了噪音的数据。

规划验收测量工作，需要进行核实的内容比较多，同时也非常的繁杂。内容主要是：验收现场周边三十米范围内的地形现状；建设工程的面积信息；建设工程的高度及层高；建设工程的间距、四至退界、建设退让，核验建设单位提供的建设项目竣工图与现状是否相符合；建设的规模；建筑基底、容积率、总建筑面积计算；竖向标高及高度的测量以及公共建设配套面积，绿化以及停车位；绘制建设项目平面位置关系图、具有代表性的建筑物立面图；城乡规划主管部门要求的其他内容。

3.三维激光扫描技术，与全站仪相比存在的优点

3.1三维激光扫描技术

三维激光扫描技术是一项现代化的测绘技术，与以往的单点的测量模式不同，三维激光扫描技术可以获取目标的海量点云数据，具备扫描的速度快、遥测、点位和精度分布均匀等特点。同时，三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，可以进行全自动高精度立体扫描，可以适用于任何复杂的现场环境，对其进行扫描操作，大面积、高分辨率地快速的获得目标物的三维坐标，再进行数据采集时，不需要接触目标项目，就能快速准确的获取相关数据，非常的适用于大面积及表面比较复杂的目标物的测量及对物体的局部细节进行测量，计算目标工程表面的面积、体积以及等值线等，三维激光扫描技术突破了传统的测绘模式，是测绘人员获得数据的全新方式。

图1三维激光扫描技术下规划验收测量操作的模式

3.2三维激光扫描技术与传统的测量技术相比存在的优势

首先：为了获取规划验收中所需的数据，传统的测量方式是通过收集要进行验收的建设项目，周边已有的地形图、项目验收竣工图，然后到建设项目的现场，通过布设控制导线、全站仪提取特征点，对建设项目以及周边的地形进行拍摄，并于竣工图进行核对，通过内业处理，获得规划验收测量所需要的相关数据及信息。而三维激光扫描技术，与传统的规划验收测量方式相比较，它可以将整个建设工程及周边的具体情况，丝毫不差的复制到电脑中，同时还具备绝对及相对的坐标信息，完全真实和同尺寸可进行缩放的三维影像资料。

其次：三维激光扫描技术，测量的成果比全站仪测量的成果复合型更好，对于曲线位置的测量上，由于三维激光扫描技术采点比较的密集，而全站仪仅仅的进行局部采点，因此，三维激光扫描技术测量的成果更为准确，虽然三维激光扫描技术测量的成果与全站仪测量的成果差不多，但由于在曲线位置其测量的精准度更佳，所以三维激光扫描技术用于规划验收测量上，其测量的精准度更加符合相关要求。三维激光扫描技术与全站仪相比，全站仪的采用的时局部采点然后在业内连线的方式，而三维激光扫描技术则是大量采点，业内在对大量点进行跟踪，所形成的特正面，特正面之间在形成特征线，特征线相互交叉形成特征点，成图软件系统中跟踪大量点云交叉得到的特征点或者是垂直面的特征线，这样所获得的特征点或者特征线，与实际情况更加的接近；曲线位置的优势也非常的明显，全站仪的采点有限，三维激光扫描技术，所获得的数量信息量较大，因此与真值更加的接近，比全站仪测量的成果更具优势，三维激光扫描技术是将整个建设项目的现场转移到了办公室，这样更便于到现场随时进行量边。此外，由于三维激光扫描技术是对建设项目进行盲扫，如要求个别的角落扫描完全，就需要增加设站降低效率，这时可以考虑采取现场量边的方式来进行补充及矫正，进而可以减少设站的数量，有效的提高工作的效率。

再次：规划验收测量面积的计算以及工作效率方面。三维激光扫描技术进行测量成果的精准度上锐眼与全站仪测量的精度基本一致，但三维激光扫描技术获得的相关数据更为真实可靠。在工作效率上，全站仪的工作效率要比三维激光扫描技术小很多，全站仪测量方式，外业工作及内业工作的时间都较长，而三维激光扫描技术，大大减少了外业的工作量，只是内业的工作量上有所增加，但随着科技的不仅进步，硬件与软件的不断完善升级，三维扫描技术会越来越便捷，工作效率也会越来越高。三维扫描技术对工作人员的技术要求，比传统的全站仪测量方式上的要求较高，这更有利于提升工作质量及工作效率

总之，三维激光扫描技术在规划延后测量中，呈现的效果及技术含量，比传统的测量模式更高，传统的测量模式，通过对平面的测量，制作出二维竣工图，而三维激光扫描技术测量的点云数据，不仅可以制作二维竣工图，还能根据项目的需要，建立萨内模型，效果非常的真实，避免了在竣工环节中部门限制。三维激光扫描技术进行数据测量，不仅可以充分满足规划验收的要求，生成的三维模型还可以作为系统的模型数据，运用到其他的领域。

4.三维激光扫描技术规划验收测量应用精度分析

为了对三维激光扫描技术在规划验收测量中的应用进行分析，可以选取一个拟开展规划验收测量的建设工程，来进行激光扫描，在获取了三维扫描数据后，选取不同测站数据间的公共特征点并拼接，得到需要验收的建设项目的完整三维点云模型，在进一步在模型上采集特征点、线数据，绘制验收测量平面位置关系图、建筑项目验收现场竣工地形图，基底面积计算图、建筑面积计算图，此外，相同的控制点坐标，以传统的全站仪加钢尺量边方式来获取数据，同时绘制同类规划验收测量成果资料，通过充分的对比来研究三维激光扫描技术在规划验收测量应用精度。

5.三维激光扫描技术下规划验收测量的应用案例及作业流程

5.1案例工程概况

本文选择的案例工程，是一个集五星级酒店和商务写字楼于一体的现代商务贸易中心，由于该建筑项目属于现代几何式立面结构，所以，选在全站仪投站方式，很难对裙楼的倾斜面、各楼层的平面位置、交错重叠的塔楼个楼层平面位置以及在裙楼不同倾斜角之间和塔楼各个方块之间进深不一的众多凹角进行准确的测量，这就对传统的规划验收测量带来了一定的难度，也是传统的规划验收测量新的挑战。

5.2作业流程

对该建设项目的竣工验收的分析，发现使用传统的固化验收测量具有一定的难度，因此决定使用三维激光扫描技术对该项目进行规划验收测量，三维激光扫描技术在规划验收测量中应用，主要的工作内容包括：控制测量，外业扫描测量，内业数据处理工作，与项目竣工图进行核对，三维建模，项目工程的面积计算，绘制平面图以及绘制竣工地形图等。操作步骤主要是数据采集、扫描数据处理以及规划验收测量内业整理等三个步骤。

图2 三维激光扫描技术的测量的作业流程

6.三维激光扫描技术规划验收测量数据采集

6.1测量控制

为了能够满足建设工程规划验收测量的精度要求，应以《卫星定位城市测量技术规范》作为依据，布设一级静态GPS控制网，共测设静态控制点四个，范围要涵盖整个测量项目，同时联测四等水准八千米。一级控制网起算点选用建设工程附近的三等以上平面控制点，为了能够保障整网的精度，起算点范围不仅要涵盖四个一级控制点，高程控制还应以附近二等基岩水准控制点作为起算点。运用一级GPS控制网和四等水准不仅能提高规划验收测量的精度，还可以将验收测量的成果接入到平面坐标系统以及高程系统。

6.2激光扫描技术规划验收测量数据采集

采用激光扫描技术，应结合建设工程的特点而进行，根据本文结合的案例工程，所采用的三维激光扫描主要有以下两种方式。

首先，单站绝对定向模式。三维激光扫描测站与靶标（与全站仪的棱镜相近）布设在图根点上，同时设置好相应的扫描参数，在进行扫描。

其次，无靶标的相对定向。运用无靶标的扫描方式，直接对目标项目工程进行扫描，开发三维激光扫描仪中内部设置的GPS定位功能，使得三维激光扫描技术，在对目标工程进行扫描测量时，测量扫描站的RTK坐标，进而可以有效的提高外业作业的速度以及内业配准的效率。在对目标工程进行测量的过程中，对建设工程的扫描模式采用精扫模式，

7.三维扫描技术规划验收测量数据处理

三维激光扫描技术应用在规划验收测量数据处理方面，主要分为两个部分，一方面是点云数据的拼接及去噪，另一方面是点云数据的后处理及利用，也就是规划验收测量的成果获取。

7.1三维激光扫描技术点云数据的配准及去噪

三维激光扫描技术，点云数据量较大，通常情况下，每个站的数据量都达到了1GB，点量都达到了以亿进行计数的级别了，三维激光扫描数据，在进行数据处理之前，应先进行数据的拼接，对于一些无关的信息，先进行删除，进而减少数据处理的数量。

7.1.1点云数据的配准

点云数据的配准，是将多次多个测站的数据进行融合，使其在一个数据中表示出来，这样方便于对数据进行加工及利用，数据在进行配准之前，需先在控制点上设站的扫描数据中录入控制点的坐标信息，对你配准的数据进行预处理，删除测量范围以外的点云，生成待配准的点云，方便进行下一步的配准及点云数据的归位。外业数据采取的方式有两种，你们数据配准工作同样也有两种方式：一是后视定向配准。起始测站可以采用靶标进行配准，输入测站坐标及靶标坐标，采用后视定向配准模块，进行配准，用以确定整个点云数据的全局坐标。二是站间配准。一种方式时进行粗配，可以选择同名特征点的方式进行配准，在选择同名点时，至少要选择四个同名点，在选择同名点的时候，尽量选择房屋角或者线杆顶等尖锐物地点。这种方式对于同名点特征明显的点比较的适用；另一种方式时采用人工交互式异动测站，将未配准站异动至已经配准站的相对位置，配准的精度按照能够进行自动精确匹配为依据，粗配完毕后，运用相关软件进行自动精配，精配的配准误差控制在一厘米以内，才能进行下一站的配准。通过精配后，将点云匹配精度控制在三毫米以内，同名点量大于一万，呈现正态分布。配准工作完毕后，需要数据进行整体的平差。当控制点数量较多的时候，需要检查部分控制点的精度，比如有七个控制点，选取其中的六个进行平差，检查其他点，剔除粗差点。控制点在进行平差后，点云再次进行全体的精配，得到点云精度及同名点量，当点云的精度达到相关标准后，便可以进行下一步的数据应用。

7.1.2点云数据的去噪

对点云数据进行去噪，可以在点云配准之前进行，也可在点云配准之后进行。一些建设工程，需要使用点云信息来绘制地形图，点云在配准时，保留了点云信息，由于数据信息量较大，因此，在点云配准完成后，进行去噪更便于操作。对于需要进行规划验收测量的建设项目，点云部分需要另外进行保存进行去噪操作。未去噪的数据，由于其较全面，因此更便于绘制周边地形时利用。而去噪后的数据，多用于绘制分层平面图。如果对点云数据不太敏感可以加载相片存储的真彩色信息。

7.2规划验收测量成果的获取

对点云数据进行拼接及去噪后，便可以进行加工处理，形成验收测量图件，在进行绘图时，应结合实际情况来选择绘图的方式。通常情况下，绘图采用的方式主要是：取线法、切片法及投影法。

首先，直接取线法。采用Riscan Pro软件在点云数据上提取点信息和沿扫描点取线，将文件导出至清华三维软件中画图，这种方法操作起来非常的简单，比较适用于绘制较大面积的现状地形图。

其次，切片法。Riscan Pro软件提取一段区间点云，加载到清华三维团建中，区间点云是一定高度上连续密集的碎部点，结合数据的特征获得特征线。这种方式虽然消耗的时间较长，但精度很高，所以比较的适用于绘制对精度要求较高的分层平面图。

再次，投影法。建筑工程在进行规划验收测量时，验收测量立面图主要是对竖向规划得核对及检验，其中也包括了建筑工程每层得标高信息。建筑工程中，不是每个工程的方位都布置的是正南正北，因此也就无法直接的利用XY构成的面直接进行切片相关数据，面对这种情况，需要设置投影面，获得投影面点云，并加载到清华三维软件中，在结合高分辨率的数码相机得到的照片来完成立面图，在与建筑工程的竣工图相比对，可以清晰的掌握立面图的实际尺寸，根据与现场的符合情况来判断竣工图是否准确。

运用三维激光扫描技术对建设工程进行测量，主要是为了建立项目工程的三维模型，通过对模型上的断面提取，进行测量及面积计算等。

8.结束语

三维激光扫描技术进行规划验收测量时，获取的数据信息量非常大，扫描速度也非常的快，与传统的测量方式相比，大大的减少了外业作业的工作时间，提升工作效率。本文结合实际的案例工程，通过三维激光扫描技术与传统的全站仪测量方式进行比较，介绍了三维激光扫描技术测量的操作流程，在弧段及结构复杂的建筑物测量中，三维激光扫描技术更具测量的优势，测量的精度更高，更接近于真值，三维激光扫描技术还将测量精度的误差控制在规范要求得范围之内。同时，点云数据不仅可以绘制建设工程的竣工图、立面图，还能根据需要制作三维模型，再结合高分辨率的数码相机获得的照片，可以逼真的还原建设工程的纹理，进而丰富测量的成果。三维激光扫描技术对工作人员的技术水平要求较高，该项技术虽然业外的工作量明显的减少，但业内的工作量非常大，再数据配准，去噪以及成果的获取上，自动化程度不高，但随着科学技术的不断进步，软件及硬件的不断完善，会使得三维扫描技术的业内工作效率会得到大大的提升，一定会达到既可以降低工作强度又能提升工作效率的目的。

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