王剛 李琴 甘新輝

摘 要：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)和信息化建設(shè)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，三維立體掃描技術(shù)以其強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于地籍測(cè)量。本文以南通市通州區(qū)地籍測(cè)量為例，探討三維立體掃描技術(shù)在地籍測(cè)量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：三維立體掃描技術(shù)；地籍測(cè)量

為適應(yīng)我國(guó)新時(shí)代的發(fā)展需要，用傳統(tǒng)的全站儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀測(cè)繪難以適應(yīng)如今地籍測(cè)量的需求，而三維立體掃描技術(shù)技術(shù)憑借著各種優(yōu)勢(shì)，在地籍測(cè)量上應(yīng)用越來越廣泛。

1三維立體掃描技術(shù)介紹

三維立體掃描技術(shù)是從測(cè)量對(duì)象中重建其三維數(shù)據(jù)和模型，通過高速激光掃描測(cè)量的方法，獲取目標(biāo)的線、面、空間、體等三維立體數(shù)據(jù)并進(jìn)行高精度的三維逆向建模。俗稱“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”。

三維立體掃描儀的工作狀態(tài)與傳統(tǒng)全站儀功能類似，三維立體掃描儀也有測(cè)距、測(cè)角位移、定向和存儲(chǔ)等功能，因其獨(dú)有的掃描功能可快速獲取目標(biāo)三維數(shù)據(jù)，比傳統(tǒng)全站儀更加快速全面用于測(cè)繪生產(chǎn)。其四大功能原理如下：

（一）測(cè)距；相位法、脈沖法、三角法是三種常用方式，相位法測(cè)距在于取得調(diào)制光信號(hào)從儀器到目標(biāo)往返時(shí)的相位差，從而推算時(shí)間再計(jì)算距離，常用于變形監(jiān)測(cè)等精密測(cè)量；脈沖法則通過脈沖發(fā)射與接收計(jì)算時(shí)間差，推算距離，常用在三維激光掃描設(shè)備中；三角法主要利用三角形關(guān)系測(cè)距，常用在近景測(cè)量中。

（二）測(cè)角位移；線位移、角位移是兩種常用方法，前者主要利用由激光發(fā)生器、直角棱鏡、CCD 元件構(gòu)成的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；后者利用由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的掃描儀實(shí)現(xiàn)，借助步距角和步數(shù)求出角位移大小。

（三）掃描；向測(cè)量區(qū)域發(fā)出掃描激光，通過激光的相位差或往返時(shí)間計(jì)算距離且借助內(nèi)部時(shí)鐘控制編碼器獲得縱向和橫向角度值便可計(jì)算出測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo)

（四）定向；把掃描坐標(biāo)系的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到大地坐標(biāo)系，計(jì)算定向點(diǎn)的中心坐標(biāo)，再對(duì)公共點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換需要的參數(shù)。

項(xiàng)目實(shí)施

2.1項(xiàng)目概況

南通市國(guó)土資源局通州分局為進(jìn)一步貫徹國(guó)家各項(xiàng)文件精神，在全區(qū)范圍內(nèi)開展農(nóng)村建設(shè)用地調(diào)查工作。旨在深入實(shí)施節(jié)約集約“雙提升”行動(dòng)計(jì)劃，加快推進(jìn)農(nóng)村建設(shè)用地規(guī)?？刂?、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和布局調(diào)整，積極適應(yīng)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的要求，探索“人地掛鉤”政策，深化農(nóng)村土地制度改革。

南通市通州區(qū)濱江臨海，河道縱橫交錯(cuò)，東部為中國(guó)“通州灣江海聯(lián)動(dòng)開發(fā)示范區(qū)”，西部為南通濱江新區(qū)，南部連接世界級(jí)蘇通長(zhǎng)江大橋，北部被公鐵兩用的滬通鐵路長(zhǎng)江大橋穿境而過，4D級(jí)南通興東國(guó)際機(jī)場(chǎng)坐落于境內(nèi)。居民房屋基本臨河靠路建設(shè)，帶狀分布。尤其臨河一面輔助房屋較多，不規(guī)則分布，樹木遮擋嚴(yán)重，使用傳統(tǒng)作業(yè)方法效率不高，精度缺失比較嚴(yán)重。

上圖為三維掃描儀采集測(cè)區(qū)地籍?dāng)?shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)利用配套軟件成圖

2.2三維立體掃描技術(shù)的工作流程

車載三維掃描的作業(yè)流程為：準(zhǔn)備工作、外業(yè)采集、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。其中在各個(gè)階段注意事項(xiàng)如下：

1、準(zhǔn)備工作：在保證測(cè)量基站gps正常工作的前提下，對(duì)定位定姿系統(tǒng)（gps/imu）進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，并標(biāo)定各傳感器合適的參數(shù)。如果在已經(jīng)控制點(diǎn)的情況下，采集到的數(shù)據(jù)為絕對(duì)坐標(biāo)，若沒有已經(jīng)控制點(diǎn)，得到的數(shù)據(jù)均為相對(duì)坐標(biāo)。檢查并確保各傳感器正常運(yùn)行。根據(jù)已有地形資料，規(guī)劃設(shè)計(jì)好車輛行進(jìn)的路線。

2、外業(yè)采集：作業(yè)開始前，采取試采集操作，檢查儀器運(yùn)行是否正常，掃描儀是否在正確采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，全景相機(jī)拍照時(shí)是否有缺失照片，衛(wèi)星信號(hào)是否良好。在確保無誤的情況下，作業(yè)前后都需要進(jìn)行靜止測(cè)量。

3、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理：由多個(gè)相機(jī)獲得的像片進(jìn)行全景拼接，優(yōu)化因?yàn)槠唇訂栴}造成的房屋、道路、電線桿等目標(biāo)物與實(shí)際不符的情況。道路兩側(cè)的目標(biāo)地物信息，會(huì)被樹木、行人、車輛等遮擋住所需的目標(biāo)地物信息，這些冗余數(shù)據(jù)需要去除后，才能得到真正需要的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

2.3成果展示

3結(jié)論

3.1三維立體掃描技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

3.1.1現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪時(shí)間短、工作量小、數(shù)據(jù)全面。

與傳統(tǒng)全站儀和GPS-RTK技術(shù)采集數(shù)據(jù)相比，三維立體掃描技術(shù)無需設(shè)站，通過傳感器可以在短時(shí)間內(nèi)獲得盡多數(shù)據(jù)。同時(shí)因三維立體掃描技術(shù)獨(dú)有的特點(diǎn)，可輕松獲得測(cè)區(qū)完整三維立體數(shù)據(jù)，解決傳統(tǒng)儀器采集數(shù)據(jù)單一，地形地區(qū)數(shù)據(jù)不連續(xù)等缺點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)國(guó)家云計(jì)算和大數(shù)據(jù)計(jì)劃。

3.1.2精度滿足要求。

精度是技術(shù)的核心，快速全面的同時(shí)就考查精度，而三維立體掃描技術(shù)用于測(cè)繪工程的精確度足以滿足各項(xiàng)工程的設(shè)計(jì)和施工的要求。實(shí)踐證明使用三維激光掃描儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)測(cè)量點(diǎn)間距可達(dá)mm級(jí)，其測(cè)量出點(diǎn)的密度比常規(guī)儀器大得多，所需加密的點(diǎn)更少，不考慮儀器精度等因素影響時(shí)其精度更高。

3.2三維立體掃描技術(shù)缺點(diǎn)

3.2.1造價(jià)高且硬件和軟件沒有統(tǒng)一

相關(guān)測(cè)量設(shè)備售價(jià)過高，維修保養(yǎng)成本比較大，不利于生產(chǎn)單位做普通測(cè)量項(xiàng)目投入。生產(chǎn)廠家在市場(chǎng)上為了競(jìng)爭(zhēng)，各自設(shè)計(jì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理硬件和軟件，不可兼容，不利于資源共享，互相轉(zhuǎn)換。

3.2.2專業(yè)人員隊(duì)伍建設(shè)不足

目前三維立體掃描技術(shù)認(rèn)證處于市場(chǎng)調(diào)整階段。各大中專院校開設(shè)的測(cè)繪類專業(yè)沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)，相關(guān)掃描專業(yè)也沒有學(xué)習(xí)測(cè)繪技術(shù)。生產(chǎn)人員均是參加廠家短期培訓(xùn)，對(duì)技術(shù)的掌握不高。技術(shù)成熟的三維立體掃描技術(shù)內(nèi)外業(yè)工作人員占單位總技術(shù)人員比例相對(duì)較少。

3.2. 掃描儀精確度校正和檢查較困難

單一的校正檢查方法以及復(fù)雜的校正基準(zhǔn)數(shù)值選取造成了評(píng)定精確度的困難，并且精確度和測(cè)距、掃描速率很難均衡更加劇了作業(yè)難度。

3.3三維立體掃描技術(shù)在地籍測(cè)量應(yīng)用的改進(jìn)措施

3.3.1建立健全相關(guān)市場(chǎng)制度

政府要出臺(tái)相關(guān)品牌質(zhì)量準(zhǔn)入制度，維護(hù)市場(chǎng)秩序，協(xié)調(diào)統(tǒng)一硬件和軟件，整合資源，真正達(dá)到云計(jì)算和大數(shù)據(jù)共享。

3.3.2加大各行業(yè)合作，提高技術(shù)能力

三維立體掃描儀生產(chǎn)廠家要和國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的測(cè)量廠家、攝影機(jī)等生產(chǎn)廠家以及測(cè)量生產(chǎn)單位合作，各行齊力協(xié)作，共同促進(jìn)技術(shù)完善，以達(dá)到新時(shí)達(dá)測(cè)繪發(fā)展要求。

3.3.3提高隊(duì)伍專業(yè)素質(zhì)

各生產(chǎn)單位和高校，建立良性的校企合作。如建筑類、測(cè)繪類和掃描類、攝影類等相關(guān)專業(yè)應(yīng)該互相融合。鼓勵(lì)科技部門加大投入，在全國(guó)范圍內(nèi)廣泛開展三維立體掃描測(cè)繪技術(shù)培訓(xùn)，加強(qiáng)技術(shù)的專業(yè)建設(shè)，提高隊(duì)伍專業(yè)素質(zhì)。

總之，各行業(yè)和政府要在國(guó)家大建設(shè)中，按照世界標(biāo)準(zhǔn)制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，同心協(xié)力，聯(lián)合制造出性價(jià)比更高，精度效率均衡，系統(tǒng)統(tǒng)一便于資源共享等符合新時(shí)代測(cè)繪工程需求的三維立體掃描測(cè)量?jī)x器，以此展開到各行業(yè)，促進(jìn)國(guó)家繁榮昌盛。

參考文獻(xiàn)

[1]國(guó)家測(cè)繪地理信息系統(tǒng)局職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心.測(cè)繪綜合能力[M].北京：測(cè)繪出版社2012.

[2]吳貴才.工程測(cè)量學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2011.

[3]李清泉李必軍陳靜.激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)及其應(yīng)用研究J.武漢測(cè)繪科技大學(xué)學(xué)報(bào) 2000

[4]范海英.三維激光掃描系統(tǒng)的應(yīng)用研究J.遼寧科技學(xué)院學(xué)報(bào) 2009

（作者單位：1.江蘇省地質(zhì)測(cè)繪院；2.江西應(yīng)用工程職業(yè)學(xué)院）