地面三维激光扫描在验收测量中的应用分析

徐炳前

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060)



地面三维激光扫描在验收测量中的应用分析

徐炳前*

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060)

介绍了规划验收测量的主要内容和要求，研究了地面三维激光扫描技术应用于验收测量的作业流程和数据处理中的主要技术，通过对实际项目的结果进行分析，表明三维激光扫描技术满足规划验收测量的精度要求，对该技术的生产应用有一定的指导意义。

三维激光扫描技术；验收测量；数据处理

1 引 言

三维激光扫描技术是一种现代化的测绘技术，不同于传统的单点的测量模式，该技术获取目标物的海量点云数据，并且具有扫描速度快、遥测、点位和精度分布均匀等特点，特别是近些年数字城市和三维建模等需求使得该技术日益得到关注[1]。本文采用RIEGL VZ-1000三维激光扫描系统，以实际生产项目为研究对象，介绍了该系统在建设工程验收测量中的技术路线，分析激光扫描技术在验收测量应用的可行性。

2 规划验收测量主要内容与技术指标

2.1 规划验收测量的条件与成果

在广州市施建的建设工程项目，竣工后应进行规划验收测量。根据规定，实施验收测量的现场应符合下列条件：完成土建工程和外墙装饰；用地红线或建筑退让间距内的绿化、道路等建设完毕；施工用房、施工排栅已拆除，上述条件保证了利用地面三维激光扫描时有良好作业现场，减少了噪声数据。

规划验收测量的主要内容[2]有：

(1)测绘建设工程范围内的1∶500数字化地形图。

(2)现场核验建设单位提供的建设工程竣工图与现状的一致性。

(3)建筑基底、容积率、总建筑面积计算，竖向标高和高度测量。

(4)绘制建筑物平面位置关系图。

(5)绘制有代表性的建筑物立面图。

2.2 规划验收测量精度要求

根据《广州市城乡规划建设工程测量技术规程》要求，建筑物尺寸测量应采用经鉴定合格的钢尺直接丈量，边长测量的精度要求如下：

Ms≤±0.0005L(L>20 m)

Ms≤±0.01 (L≤20 m)

式中Ms和L的单位为m。

高度测量的中误差≤±5 cm。验收测量应实地测绘，主要地物点相对邻近图根点的点位中误差不应大于50 mm。

3 作业流程与工程应用

三维激光扫描应用于规划验收测量的主要分为三个步骤[3]，即数据采集、扫描数据处理和规划验收测量内业整理，制订作业流程如图1所示：

本文将该技术应用于广东省文艺职业技术学院综合楼的验收测量，该建筑物体采用多弧段的玻璃幕墙，并采用具有岭南特色的檐口设计，非规则结构。为了验证扫描结果，本项目同时也采用传统的验收测量方法实测。

3.1 扫描仪外业测量

本项目采用RIEGL VZ-1000扫描仪，最小角度分辨率达1.8″，10 m距离内点密度可达 0.1 mm，同时可搭载数组相机，获取纹理信息[4]。验收测量需要给出建筑物的空间坐标，采用GZCORS技术进行三级点的控制测量，利用全站仪进行图根导线测量，在建筑物附近布设若干图根点。在控制点上设站进行单站的点云扫描，不同测站的数据拼接利用标靶的扫描数据完成[5]。仪器扫描时，最好是准备草图，将扫描测站与控制点号相对应，对于未在控制点上摆站的扫描设站，应在草图上予以标示，方便后期配准和录入控制点信息。

3.2 扫描仪内业数据处理

RIEGL系列配备有自主的数据处理软件RiSCAN PRO，该软件基本能满足点云数据处理和绘制基本矢量线的工作。三维激光扫描仪将扫描的数据成果以站名分文件保存，在数据进行处理前，首先应进行数据的拼接，然后删除不相关的数据。

(1)点云数据的配准

点云数据的配准，是指将多次多个测站的数据进行融合，使其成为一个完整的项目数据。数据导入后，如设站时未输入控制点，应先输入控制点坐标。在控制点录入后，应对拟配准的数据进行预处理，删除测量范围外的点云等，生成待配准的点云。配准如在非控制点站间，导入后相差有可能较大，即要进行同名点匹配。一般精配后应保证点云匹配精度在 3 mm以内，同名点量在1万点以上为佳，分布应为正态分布[6]。将本次实测数据进行精配准，并对点云匹配精度进行统计。

(2)点云去噪

点云数据的去噪可在点云配准前，也可在点云配准后。因验收测量需要绘制现状地形图，故在点云配准时应保留了周边地形的点云，导致数据量大。为了便于操作，可对点云数据进行备份，验收建筑物和地形的点云数据分开处理，同时可选择加载相片存储的真彩色信息辅助绘图。

(3)点云数据的后处理及利用

点云数据配准和去噪完成后，即可应用于绘制验收测量所需要的各类图件。绘图软件采用清华山维公司的EPS2008地理信息工作站[7]。绘图过程有三种方式：①直接取线法，在RISCAN中画线，然后导出DXF文件转到EPS中绘图；②切片法，将点云切割出来后，在EPS中绘图；③投影法，适用于绘制规划验收测量中的立面图。RiSCAN PRO软件支持在点云数据上提取点和画线。该方法因比较直观，适合绘制地形图；RiSCAN PRO软件可以提取一定厚度的点云，导入EPS中绘图，一定厚度的点云类似于在一定高度上密集连续的碎部点，连接起来，根据取舍原则即可获得每一层的外围线，该方法适用于绘制拟验收建筑的分层平面图以及精细绘图等。在建筑物的规划验收测量中，建筑物的立面也是需要把关的一个方面。对点云数据进行立面投影，并采用三维量测模式进行量测，输出绘图交换dxf文件，同样将其导入EPS软件中，并根据所获得的高清晰图片，进行立面图绘制，可清晰了解其立面图的实际尺寸，图2、图3为综合楼点云示意图和立面图。

图3 根据点云数据绘制的立面图

4 验收测量结果分析

本次采用全站仪和三维激光扫描仪同时测量，将全站仪的数据与三维激光扫描获得的数据进行对比分析，由于建筑物的空间连续性，剔除明显的粗差点后得到的地物点坐标精度统计如下表所示：

三维激光扫描地物点坐标精度统计表 表1

所有的点位偏差平均值为 4.1 cm，最大值为 8.2 cm，最小值为 0.9 cm，从上述数据可以看出，三维激光扫描技术可以应用于建筑物竣工测量中，测点精度符合测绘规定。在建筑物首层，用钢尺量取了21段边长，同时量取扫描数据和全站仪测点的长度数据，以钢尺量边长度为参考，得到的长度较差结果如图4所示：

图4 三维激光扫描和全站仪边长较差

结果表明，三维激光扫描成果和钢尺量边数据的较差不超过 3 cm，全站仪边长出现了一个粗差点，分析测角点时瞄点出现偏差，三维激光扫描仪测量的成果，总体上与全站仪测量质量相当，部分区域甚至优于全站仪测量成果，故三维激光扫描仪应用于规划验收测量的边长精度符合要求，可予以应用。

面积核算，是验收测量的重要内容之一，作为规划审批参考数据，对照《建设工程规划许可证》的要求和设计条件，判断建筑物是否按照设计和规定施工。应用切片法得到每一层的水平点云数据，提取外部特征线，输出至EPS软件从而计算建筑面积，将传统的全站仪配合钢尺量边模式得到的面积成果与三维激光成果进行对比，结果如下：

三维激光扫描面积汇总对比 表2

由上表的结果可见，三维激光扫描仪测量的成果与全站仪计算面积较差较小，总体上与全站仪测量质量相当，满足了规划验收测量面积误差小于1%的要求。5 结 论

地面三维激光扫描获取的数据量大，扫描速度快，通过实际工程应用，本文制订了一套可行的操作流程和方案，结果表明该技术满足建设工程规划验收测量的应用需求，在部分弧段、结构复杂的建筑物测量中具有更大的优势。同时点云数据不仅能够绘制竣工图、立面图，还可更具需要制作三维模型，结合高分辨率的数据相机还可比较逼真地还原建筑物纹理，丰富了测量成果。对于作业员而言，内业处理仍有较大的工作量，在数据去噪、切片、特征线提取方面自动化程度不高，也是生产单位今后需要进一步加强和改进的重点方向。

[1] 王玉鹏，卢小平，葛晓天等. 地面三维激光扫描点位精度评定[J]. 测绘通报，2011(4)：10～13.

[2] 廖丽琼，罗德安. 地面激光雷达的数据处理及其精度分析[J]. 四川测绘，2004，27(4)：153～155.

[3] 郭兴，潘纯建，杨彦梅等. Riegl VZ-1000三维激光扫描测量系统在大型露天矿山土石方测量中的应用[J]. 地矿测绘，2014(3)：14～16.

[4] 欧斌.地面三维激光扫描技术外业数据采集方法研究[J]. 测绘与空间地理信息，2014(1)：106～108.[5] 苏晓蓓，郝刚. 地面三维激光扫描标靶中心识别算法研究[J]. 城市勘测，2010(3)：68～70.

[6] 朱清海，黄承亮，李凯. 基于EPS 2008及地面三维激光扫描点云数据进行断面线提取[J]. 城市勘测，2013(2)：89～91.

Analysis and Application of Terrestrial 3D Laser Scanning in the Acceptance Measurement

Xu Bingqian

(Guangzhou Urban Planning&Design Suevey Research Institute，Guangzhou 510060，China)

This paper introduced the main contents and requirements of planning accptance measurement，studied the work flow and data processing of ground 3D laser scanning technology in accptance measurement.Through the analysis results of actual project，it shows that the 3D laser scanning technology meets the precision of planning accptance measurement and has a certain guiding significance to the application of the technique.

3D laser scanning technique；accptance measurement；data processing

1672-8262(2016)05-120-04

P258，P234.4

B

2016—07—07

徐炳前(1973—)，男，工程师，主要从事测量项目管理和检查工作。