王宗輝

（甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741020）

關(guān)鍵字：竣工測(cè)量；三維激光掃描；數(shù)據(jù)處理；三維建模

隨著城市的迅速擴(kuò)張，城市建筑物的不斷增加，建筑竣工測(cè)量既能夠保障城市規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)隨時(shí)更新，又能確保城市規(guī)劃和土地管理的合理性，竣工測(cè)量工作作為規(guī)劃驗(yàn)收工作過(guò)程中的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容也越來(lái)越被重視，竣工測(cè)量指的是（包括地面工程建設(shè)和地下工程建設(shè)）檢驗(yàn)各項(xiàng)工程施工的現(xiàn)狀、做出記錄，并根據(jù)規(guī)劃審批的各項(xiàng)要求、施工規(guī)范等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為工程驗(yàn)收和評(píng)定工程質(zhì)量提供依據(jù)[1]。

依據(jù)《城市建設(shè)工程竣工測(cè)量成果規(guī)范（CH/T6001-2014）》的相關(guān)要求，竣工測(cè)量的主要工作內(nèi)容有高度測(cè)量、立面測(cè)量、建筑物面積計(jì)算以及地形圖測(cè)繪等工作。傳統(tǒng)竣工測(cè)量使用普通全站儀或免棱鏡全站儀對(duì)建筑物的三維坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，立面圖測(cè)量過(guò)程中必須通過(guò)人工量算相關(guān)具體數(shù)據(jù)，使用高清相機(jī)拍攝建筑物外立面照片，然后將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAD繪圖軟件中，依照外業(yè)草圖繪制建筑立面圖[2]。

雖然傳統(tǒng)測(cè)量方法能夠完成竣工測(cè)量工作，但是由于現(xiàn)代建筑藝術(shù)的不斷發(fā)展，各種造型別致、形態(tài)各異的建筑不斷涌現(xiàn)，遇到這種異形建筑,傳統(tǒng)測(cè)量方法不僅適投入人員多、工作量大，而且測(cè)量的難度也隨之遞增[3]。因此，如何利用現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)解決異形建筑的竣工測(cè)量問(wèn)題尤為迫切，本文就三維激光掃描技術(shù)在建筑物竣工測(cè)量過(guò)程中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

1 三維激光掃描技術(shù)及其原理

三維激光掃描技術(shù)又稱“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，它突破了傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量方法，能夠提供掃描物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，因此可以用于獲取高精度高分辨率的數(shù)字地形模型。它通過(guò)高速激光掃描測(cè)量的方法，以被測(cè)對(duì)象的采樣點(diǎn)（離散點(diǎn)）集合—稱之為“點(diǎn)云”的形式獲取物體或地形表面的陣列式幾何圖像數(shù)據(jù)[4]。

三維激光掃描儀基本原理是由激光發(fā)射器發(fā)射激光脈沖信號(hào)，經(jīng)建筑物表面反射至激光接收器，故（其中v為激光脈沖傳播速度，t為發(fā)射器至接收器的時(shí)間差）；同時(shí)利用三維激光掃描儀獲取水平角α和俯仰角β，推算坐標(biāo)方位角和豎直角，進(jìn)而計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)（X，Y，H）。計(jì)算方法為：

其工作原理和坐標(biāo)計(jì)算原理見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 三維激光掃描儀工作原理

根據(jù)三維激光掃描技術(shù)的原理，結(jié)合天寶GX的工作模式，首先進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作，主要通過(guò)控制測(cè)量及三維掃描數(shù)據(jù)采集等工作進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取，內(nèi)業(yè)工作主要利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件例如天寶配置的RealWorks Survey Advanced處理采集的數(shù)據(jù)，主要有影像匹配和數(shù)據(jù)降噪等工作。通過(guò)最終數(shù)據(jù)進(jìn)行面積計(jì)算、立面繪制等工作完成竣工測(cè)量工作。具體流程如圖3所示。

圖2 三維激光掃描儀坐標(biāo)計(jì)算原理

2 工程說(shuō)明及作業(yè)流程

根據(jù)三維激光掃描技術(shù)的工作模式，對(duì)建筑物采集詳細(xì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以立體的三維建模軟件為展現(xiàn)平臺(tái)，構(gòu)建建筑物的三維立體模型，進(jìn)而提取相關(guān)竣工測(cè)量的數(shù)據(jù)需求，其工作流程如圖3所示。

圖3 三維激光掃描技術(shù)工作流程

3 外業(yè)作業(yè)

1）控制測(cè)量：根據(jù)技術(shù)需求及規(guī)范要求，為了保障測(cè)繪數(shù)據(jù)的一致性，在測(cè)繪區(qū)域布設(shè)與原有施工控制網(wǎng)一致的坐標(biāo)系，同時(shí)檢驗(yàn)施工控制網(wǎng)中的GPS點(diǎn)精度，經(jīng)檢查精度滿足項(xiàng)目要求。

2）標(biāo)志點(diǎn)測(cè)繪：為了保證觀測(cè)匹配、檢查精度,利用控制點(diǎn)測(cè)繪目標(biāo)建筑物的相關(guān)標(biāo)志點(diǎn)如屋角點(diǎn)、屋頂點(diǎn)及周邊地形地物點(diǎn)等點(diǎn)位的三維坐標(biāo)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和整合工作。

3）激光掃描測(cè)量數(shù)據(jù)采集

本工程數(shù)據(jù)采集采用天寶GX三維激光掃描儀，其主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 工程數(shù)據(jù)采集

4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

4.1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理

點(diǎn)云拼接的主要任務(wù)是將多個(gè)測(cè)站的點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一坐標(biāo)系，并對(duì)數(shù)據(jù)精度進(jìn)行檢查。根據(jù)前期的設(shè)站坐標(biāo)，利用標(biāo)靶將每個(gè)獨(dú)立站的坐標(biāo)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和平移，統(tǒng)一到同樣一個(gè)坐標(biāo)系中，此過(guò)程中可以利用圖像進(jìn)行檢查。

為了防止在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中丟失數(shù)據(jù)，一般在前期數(shù)據(jù)采集時(shí)采集點(diǎn)非常密集，所以在點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理時(shí)需要進(jìn)行分類濾波、抽稀等工作。點(diǎn)云濾波主要是對(duì)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分類過(guò)濾，去除樹(shù)木等非必要性數(shù)據(jù)影響；抽稀主要是將去除點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的多余點(diǎn)，提取關(guān)鍵點(diǎn)以提升數(shù)據(jù)的使用效率和數(shù)據(jù)處理速度；建筑物的特征提取主要是提取建筑物的邊界、提取標(biāo)志性目標(biāo)、提取建筑物立面范圍線以及細(xì)節(jié)特征提取等內(nèi)容。

4.2 三維建模

對(duì)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，利用拍攝圖片進(jìn)行紋理映射，對(duì)于規(guī)則表面和特征豐富的多維曲面區(qū)別對(duì)待，提高建模精度和工作效率[5]。以前期建筑物特征提取的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)進(jìn)行建筑物粗模。根據(jù)粗模利用Smart 3D Capture軟件利用人工干預(yù)建立高精度三維模型。為了更直觀的反映三維模型，外業(yè)過(guò)程中采集的數(shù)字影像可以進(jìn)行匹配，以達(dá)到圖像的最佳有效性。

5 竣工驗(yàn)收

竣工驗(yàn)收的過(guò)程主要有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檢查、標(biāo)高檢查、點(diǎn)位精度分析、建筑面積檢查、控高檢查、立面圖檢查等工作?；A(chǔ)數(shù)據(jù)檢查是利用基礎(chǔ)點(diǎn)云數(shù)據(jù)形成的竣工圖紙與原有規(guī)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加精度檢查，確認(rèn)總平面圖的數(shù)據(jù)正確性和建筑的完整性；標(biāo)高分析通過(guò)檢查建筑物模型的標(biāo)高，確認(rèn)是否滿足±0要求施工精度要求；點(diǎn)位精度分析主要是檢查建筑物是否在放樣過(guò)程中存在誤差，導(dǎo)致建筑物發(fā)生偏移；建筑面積檢查主要是檢查總建筑面積是否與原有規(guī)劃許可證和設(shè)計(jì)一致，檢查各棟、各層建筑是否有差異；控高檢查主要檢查施工結(jié)束后是否與原有設(shè)計(jì)高度存在差異，是否有超高；立面圖檢查主要檢查建筑物立面是否與原有設(shè)計(jì)一致。

6 結(jié)語(yǔ)

三維激光掃描技術(shù)在竣工測(cè)量中的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的測(cè)量手段相比,優(yōu)點(diǎn)一是三維激光掃描技術(shù)的測(cè)量速度更快，點(diǎn)云數(shù)據(jù)更能反映建筑物的實(shí)際數(shù)據(jù)；二是三維激光掃描采集的數(shù)據(jù)在進(jìn)行建筑面積檢查、控高檢查、立面圖檢查過(guò)程中較為方便。但由于數(shù)據(jù)采集手段的特殊性，在處理相關(guān)特殊建筑物（例如玻璃幕墻）時(shí)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取較為困難，仍然需要進(jìn)行更嚴(yán)格的驗(yàn)證和研究。