探析地籍测量测绘中的三维激光扫描技术应用实践
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作者:孙健
摘 要：三维激光扫描技术体现出速度快、精度高、使用便捷、对环境要求低的优势特点，可以较好地应用于地籍测量测绘实践之中，利用全自动高精度立体扫描技术进行地籍测绘作业，实现三维结构和特征的三维建模，转变传统地籍成图的作业方式，降低外业人员的工作强度，缩减外业工作周期，提升地籍测量测绘作业的自动化水平。
關键词：地籍测量测绘 三维激光扫描技术 应用
我国成功引入了3S、摄影测量与遥感技术、三维激光扫描技术，尤其是非接触主动测量的三维激光扫描技术能够高分辨率、快速获取被测对象的空间三维坐标数据，并根据点云数据提取地物要素，突破了常规地籍测绘的局限性，推进了地籍测绘的发展和进步。
1 地籍测量测绘概述
（1）地籍控制测量。主要依循“整体到局部、分级布网”的方式，进行各等级控制网的布设，实现地籍首级控制测量和地籍图根控制测量，其中，地籍首级平面控制网测量采用静态全球定位系统，通过水准测量、三角高程测量等方式，实现地籍首级平面网点的控制;地籍图根控制测量则采用动态全球定位系统，通过RTK的方法布设图根点，以三角高程测量技术施测，确保每个图根点至少与一个相邻图根点的通视，有效提升地籍控制测量精度。
（2）地籍要素调查。主要是进行土地权属的调查，包括不同宗地的土地权属状况和界址等内容，并据此绘制宗地草图，填写地籍调查表。具体的测量手段为全野外数字测图和数字摄影测量成图，并采用几何要素法和坐标法进行土地面积量算[1]。
2 三维激光扫描技术应用原理分析
三维激光扫描系统主要包括有机载型激光扫描系统、地面型激光扫描系统、手持型激光扫描仪，主要目的是获取被测目标的三维坐标信息，测量原理主要包括以下内容。
（1）测距方法。要结合不同的激光扫描应用领域，选择相应的测距方法，其中：三角测距法适用于近距离测量，可以达到微米级的精准测量，以三角形几何关系为依托，求算扫描中心和扫描对象的距离。脉冲测距法则是利用发射和接收激光脉冲信号的时间差，求取被测目标的距离。相位测距法能够实现毫米级的测量精度要求，是通过测定调制光信号在被测距离的往返传播相位差，求取被测距离。
（2）测角方法。可以采用角位移测量法和线位移测量法，获取记录线位移量。
（3）获取数据。利用伺服驱动马达系统控制多面扫描棱镜，确定激光束出射方向，实现脉冲激光束的纵横轴方向快速扫描，获悉所有扫描点的距离及方向角，确定所有扫描点与测站的相对空间坐标。
（4）定向。计算定向识别标志的中心坐标，进行两坐标系之间转换参数的计算求取，实现三维激光扫描的定向。
3 地籍测量测绘中的三维激光扫描技术应用分析
3.1 SSW车载移动测量系统的应用
（1）前期准备。这是一种快速、高效、无地面控制的测绘技术，各模块以GPS时间为主线进行同步协调操作，依据相互之间的结构关系求取所测目标点的绝对坐标，采用推扫、转扫等不同作业方式，采集移动和定点数据，获悉目标地物的绝对坐标和纹理信息，体现出扫描距离远、精度高、范围大的优势特点。前期准备工作主要包括调查底图制作和现场勘查两个内容，要重点考虑交通情况、地势条件、站点扫描重叠情况，初步确立24个站点进行转扫测量。
（2）确定站点。在稳固安装调整测量仪器的条件下，对每个站点进行转扫测量，可以将每一个站点设置8～12个检查点，通常将其设置于胡同中或开阔地，确保检查点的视线通透性。同时，在确定站点之后、测量之前，要架设GPS基站，获悉地籍数据的绝对坐标。
（3）转扫测量。采用转扫测量的方法，各站扫描时间设定为45min，获取点云数据，进行现场实景拍摄。考虑到测量车自身体积偏大，存在测量车半径3m左右的测量盲区，因而要将站点尽量设置在距离建筑适宜距离的条件下，以获取和接收点云数据。
（4）数据采集及处理。可以通过点云数据和同步照片相结合的方式，获悉地籍要素的点、线信息，实现对有效点的识别和提取。要注意的是，在进行同步照片拍摄的读取过程中，要通过照片拍摄时间、位置、旋转角度、大小等数据，进行照片显示透明度的合理调节，帮助内业人员进行数据读取和判断。同时，还要进行快速建模，基于SSW点云数据之间的拓扑关系及彩色点云对应的照片信息，提取相邻点云像素信息，并结合用户感兴趣区的约束条件，实现点云数据的快速建模。最后，在完成全测区的测量成图之后，可以利用全站仪进行点位的核查，抽取若干个检查点，确认地籍测量中对界址点的精度要求，有效地将外业转为内业，降低外业人员的工作强度。
3.2 3D激光扫描仪的应用
本文选用德国Z+F公司的Imager 5010三维激光扫描仪进行地籍测量，利用其采集速度快、高分辨率、高精度、非接触式测量、实时动态的测量优势，全方位自动获取海量的三维地形数据，形成地籍点云数据集合，并利用该仪器的外接GPS功能，实时获取和采集地物的绝对坐标。
（1）前期准备。要预先进行地籍现场勘查工作，利用3D激光扫描仪的非接触式、主动性激光扫描原理，合理选择实际作业的站位。
（2）站点设置。通常将站点设置在通视效果良好、地势较高的控制点，并对其进行对中整平，可以在每一个站点的作业行进路线上设置觇标，通过各个站点的独立坐标系，实现各站点间数据的内业拼接。
（3）转扫测量。可以实现对被测地物的转扫测量操作，快速实现一站的扫描测量作业，实时采集和查看点云数据，并对点云数据不够清晰的区域，采用局部扫描精度调整的方式，获取最大范围测区坐标系统下的坐标点。同时，在后期的测量作业中，还可以将3D激光扫描仪与免棱镜全站仪相结合，对站标十字靶心进行均匀的点位坐标测量，为后续的数据拼接处理做好准备。
（4）数据处理。利用Z+FLaserControl软件进行三维点云数据的拼接处理，通过对不同站标十字靶心的自动识别，参考两站间重叠区域的共同特征点，有效规避数据拼接处理的偏差。同时，软件能够自动进行点云数据的剖面裁切，提取被测地物的特征性，依循以下流程完成点云数据的内业处理：多站点云数据的拼接、坐标系转换、地物提取、CASS成图，考虑到拼接后的点云数据量较大，可以进行分块处理操作。并通过导出切片和剖面成像的方式，自动快速提取地物特征线，呈现出地物建筑的平面图。
4 结语
综上所述，地籍测量测绘中的三维激光扫描技术应用体现出快速、灵活、高精度的特点，能够获取地物高精度的三维点云数据，满足地籍测量要素的精度要求，可以通过移动测量车和3D激光扫描仪等不同载体，提取三维激光扫描点云数据，获悉地籍测量测绘成果，有效降低外业工作强度，提升地籍测量测绘工作效率。作为新型的测量技术，三维激光扫描技术突破常规传统测量的局限性，真实再现地物的形态信息，利用三维点云数据提取地物的三维空间数据，与立体化的土地集约化利用趋势相契合。
参考文献
[1] 田峰.浅谈三维激光扫描技术在地籍测绘中的应用[J]. 中国标准化，2018，522（10）：240-241.
[2] 何浩.地籍测绘中三维激光扫描技术的应用[J].城市建设理论研究：电子版，2018（10）：71-72.
[3] 郭敬.浅谈三维激光扫描技术在地籍测绘中的应用[J]. 价值工程，2018，499（23）：267-268.
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