【摘 要】三维激光扫描技术具有高效率、高精度、非接触主动测量等独特优势，有效避免了传统作业方式外业劳动强度大、时间长、重复测量、工作效率低等弊端。目前该技术运用到建筑规划竣工测绘中主要存在的技术难点有：外业作业时仪器的配备和组装困难，不方便操作；缺少相应软件利用点云数据制作二维平面图，所以加强对其的研究意义重大。
【关键词】建筑规划；竣工测绘；三维激光扫描；应用
引言
竣工测量(规划验收)是城市建筑工程的一个重要环节，它是在建筑工程竣工后，对建筑物实体进行的全方位的测量工作。随着城市化进程的进一步加速，异形建筑越来越多，城市规划管理越来越复杂，二维竣工测量图不能提供建筑物风格、色调等要素，已经不能满足规划管理的要求。三维激光扫描技术具有密度高、精度高等特点，能快速、准确、大面积、高分辨率地获取被测对象表面的三维坐标数据，为测绘人员突破传统测量技术提供了一种全新的数据获取手段，并在各个领域得到了广泛应用，将其引入到竣工测量中是一条可行途径。
一、建筑规划三维竣工测量数据采集1、控制测量为满足建筑工程规划验收测量精度的要求，拟以《卫星定位城市测量技术规范》(CJJT73-2010)为依据，布设一级静态GPS 控制网，共测设静态控制点4 个，范围涵盖两幢大楼，并联测四等水准8km。一级控制网起算点选用工程附近的三等以上平面控制点，为提升整网精度，起算点范围涵盖四个一级控制点，高程控制以附近二等基岩水准控制点作为起算点。采用一级GPS 控制网和四等水准不仅可以保证规划验收控制测量的精度。
2、激光扫描测量数据采集采用ＲIEGLVZ-400 三维激光扫描仪，其反射距离为500m。依据建筑物异形的特点，本次三维激光扫描主要采用了以下两种方式：单站绝对定向模式，三维激光扫描测站与靶标(类似全站仪的棱镜)布设在图根点上，并设置扫描相应参数，执行扫描；无靶标相对定向，采用无靶标方式，直接对目标建筑物进行扫描。扫描站点的坐标量测利用“连续运行卫星定位城市测量综合服务系统(GZCOＲS)”对三维激光扫描仪中内置的GPS 定位功能进行开发，使得三维激光扫描仪在扫描测量建筑物的同时测量扫描站的ＲTK 坐标，从而提高了外业作业速度和内业配准效率。工程实施过程中，对两幢楼的扫描采用精扫模式。
二、建筑规划竣工测绘中三维激光扫面关键技术研究1、三维激光扫描方案根据测区的地形特点和已有控制点分布情况，选取合适的扫描方案。扫描方案根据内业点云配准方法不同可分为以下3 种：1.1 坐标系扫描法。扫描仪与靶标均架设在已知控制点上，内业利用已知数据进行点云绝对定位定向。
1.2 碎部控制扫描法。扫描仪无须架设在已知控制点上，外业通过常规测量方法获取点云中一定数量的明显特征点三维坐标，内业利用各站之间同名碎部控制点进行配准和定向。
1.3 靶标配准法。扫描仪无须架设在已知控制点上，外业通过相邻两站之间设置的4个或以上靶标确定相邻两站之间相对位置关系，同时通过常规测量方法获取少量碎部控制点，内业通过同名靶标球进行相邻站点云的配准，最后通过碎部控制点完成整体点云的绝对定向。
2、扫描仪器配备及组装三维激光扫描外业扫描仪器及设备包括:三维激光扫描仪、发电机、数码相机、笔记本电脑、靶标球及三角对中杆、三脚架、数据通信线和电线等。为方便外业仪器的架设和转站，项目组采用自主设计和生产的推车进行组装和外业作业。
三、建筑规划中三维竣工测量数据处理1、扫描测量数据预处理对建筑物扫描后，需要进行点云数据的预处理，包括点云去噪与修补和点云配准等工作。
1.1 点云去噪与修补。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆获取的原始点云数据，会由于灌木丛遮挡、自身遮挡、玻璃透射等原因造成了大量的空洞和噪音，致使原始点云质量较差，需要进行去噪、补洞等处理。首先在地面三维激光扫描仪的配套软件ＲiscanPro 中去除偏差较大的噪音，再在GeomagicStudio 中进一步去噪与交互式操作补洞。
1.2 点云数据配准。根据外业数据采集的两种方式，数据配准工作同样采用与之相对应的两种模式。
1.2.1 后视定向配准。对于起始测站采用靶标进行配准，输入测站坐标和靶标坐标，采用ＲieGLＲiscan 中后视定向配准模块进行配准，从而确定整个点云数据的全局坐标。
1.2.2 站站间配准。首先要进行粗配，可以采用两种方法：选择同名特征点的方法进行配准，该方法适用于同名点特征明显的点，至少要选择4 个同名点，同名点应尽量选择房屋角、线杆顶等尖锐地物点；根据人工交互式移动测站，使未配准站移动到已配准站的对应位置，匹配精度以能够执行自动精确匹配为准。粗配结束，采用软件自动精确精配，提高配准精度，配准误差在0.01m 以内，方可进行下一站配准。
2、建筑物面积测算2.1 采用切片法提取特征线。设计合适的切片厚度对配准之后的三维点云数据的每一层进行X-Y 水平面切面处理，通过提取特征点得到建筑物每一楼层特征线，从而计算该楼层建筑面积。
2.2 建筑面积计算。采用切片法提取得到的每一楼层特征线，并通过输出绘图交换文件(dxf 格式文件)，将其导入CAD 软件，在数据工程编辑状态下绘制建筑物线划图，从而计算建筑物面积。
3、立面图绘制根据建筑物竣工验收要求，核对建筑物竣工立面图是一项重要工作，本项目根据扫描点云数据绘制的建筑物竣工立面图与建设单位提供的竣工建筑物立面图进行对比，可清晰了解其立面图的实际尺寸，与现场符合情况等。采用项目组自主研发软件Laserscanner，对点云数据三维模型进行主立面投影，并采用三维量测模式进行量测，输出绘图交换dxf 文件，将其导入CAD软件中，在规划管理工程模板下，并根据地面LiDAＲ部件高分辨率数码相机所获得的高清晰图片，进行立面线划图绘制。
四、三维激光扫描技术运用讨论三维激光扫描技术的应用越来越广泛，已经由研究、实验阶段走向生产应用阶段，对三维激光扫描技术的运用需求也越来越高。本文正是在高效率、高精度的建筑竣工测绘的需求的驱动下，对三维激光扫描技术在建筑竣工测量中的运用进行了研究，并在研发出了一系列生产软件的前提下提出了一套切实可行的操作方案和流程，取得了满意的应用研究成果。
三维竣工测量的表现效果和技术含量更高，传统竣工测量只需测量平面和少量的高程数据，制作二维竣工图; 而三维竣工测量采集的点云数据不仅能制作二维竣工图，还能根据需要生产三维模型，技术含量高，效果真实，减少竣工环节不同部门的专业限制。
三维竣工测量数据成果的应用范围更广，不仅能满足常规规划验收需求，其生成的三维模型还能作为系统的模型数据等。
但是，静态三维激光扫描技术在实际测量过程中仍存在搬站困难、需要布置控制点等问题。我们将在现有成果技术基础上，利用车载三维激光扫描技术解决建筑规划竣工测量中二、三类地物测量精度问题进行持续研究。车载三维激光扫描技术测量快捷，无需提前布置控制点，可更大幅降低外业作业时间和劳动强度，提高工作效率。
结束语地面三维激光扫描技术以其自身的技术特点，能够获取一些传统全站仪难以采集到的异形建筑物角点，因此其在结构复杂、超大规模建筑物验收测量中具有较好的应用价值，应该在特定的规划验收中推广使用。
参考文献：[1]周心力.高层建筑竣工测量的组织与施测[J].城市勘测,2012(23):93-94.[2]李杰.建筑物竣工测量数据处理及质量控制[J].测绘通报,2012(17):26-28.[3]梅文俊.基于地面三维激光扫描的精细地形测绘[J].测绘通报,2010(19 )147-151.
论文作者:杨恩博
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年5月总第198期供稿
论文发表时间:2015/9/10
标签：测量论文; 激光论文; 靶标论文; 建筑物论文; 数据论文; 技术论文; 扫描仪论文; 《工程建设标准化》2015年5月总第198期供稿论文;