三维激光扫描技术在城市规划核实测量中的应用

三维激光扫描技术在城市规划核实测量中的应用

王宁

滁州市城乡建设规划设计院有限公司  安徽滁州  239000

摘要：城市规划核实检测技术是国家自然资源与计划等行政主管部门在实施城市规划监测工作时的必要技术手段，但目前常规采用的主要是GPS和全站仪等技术，其效率较低，且无法很好的适应当前城市规划建设管理工作的实际要求。以实际施工案例为主要研究对象，简单阐述运用地面三维激光扫描技术在野外收集点云数据的作业方式，同时分析点云数据精度，并进行质量检查试验。

关键词：三维激光；扫描技术；城市规划核实测量

三维激光扫描检测方法，是在20世纪90年间产生的一门高新技术，他采用主动式辐射高速激光对目标物质实施扫描，并利用接收回波完成检测过程。地面三维激光扫描检测技术是指利用地面定位站，利用发送激光获得的被测物质表面三维位置、色彩、反射率特征以及对光的吸收特征等各种信号，是一项崭新的非接触式主动检测方法。传统的城市规划复核测量方法通过全站仪测量房屋主体特征点的三维位置，然后通过外业人工测量房屋的细部尺寸，从而产生房屋竣工验收规划复核测量结果信息，再将其在1：500的竣工图纸中加以表示。常规的测量效率低下，且制图工程量大，无法适应快节奏的工作要求；而地面三维激光扫描检测方法所具备的精度高、实时性好、精度高、主动性好的特性，可极大提高工作质量，是继传统GPS测量领域以后的又一场测量的重大科技变革，目前在工程、检测及其他行业中具有相当广阔的应用前景。

1 三维激光扫描技术的特点

作为一个全新的检测方法，地面三维激光扫描测量方法和常规的测量方法比较具有以下优势：扫描速度快，地面三维激光扫描仪能在极短距离内获得任何项目的三维数据；无接触式操作，扫描仪的激光束对地面测量信息不反射，完成了对危险的、不合格的检测；数据信息丰富，能够在完成目标空间三维坐标检测工作的同时，获得目标表面的激光强度信息和真彩色数据，为项目的确定和识别提供了更多手段；主动性工作，自主发出的测量信息，不要求外界光源协助，能在白天黑夜全天侯进行，大大地提高了工作质量；精准，通过地面激光扫描能以更精确的方法获得项目的表面数据；高密度，在激光扫描同时能够用更高密度的方法获得对象的细部信息；可量测，能够直接从点云上得到三维位置、高度、方位角、表面等的向量，并能够计算得到点云上所代表对象的表面积、体积大小等[1]。

2 三维激光扫描技术在规划核实测量中的应用

2.1 规划核实测量现状情况

随着城市建设与发展经济的日益发达，城市建设规模的日趋多样化，大规模的房屋、结构复杂和不规则的异型房屋等不断增加，同时也给建设策划与设计方面增加了不少的困难，主要体现为以下几点。

（1）效率不高

上述的测量方法均使用单点检测方法，每次检测只得到一次项目的空间信息资料，检测一次的设备必须连续地反复使用设备，多次按键检测。特别是外形不规则的异型构件，更要求设计的多点要素能够符合设计核实的条件，工程量庞大而复杂，工作效率不高[2]。

测量的准确度要求。形状不规则建筑的传统竣工检测问题，目前由于外形不规则的建(构)筑物数量越来越多，给检测工作造成了很大的困难。这也为传统竣工检测问题增加了相当的困难，因此必须研究新技术、新办法。

（2）准确性差

现代许多复杂异形建筑的正立面构造变化繁多，即使每一道门都具有差异。传统的测量方法采用全站仪式进行观测，且必须架设棱柱或采用无棱柱反射的模式对准目标后再进行数据采集，极其易产生的采集空间要素资料不完整，并且在绘制草图以及记录地点要素属性时会产生误差，精确度也较差[3]。

（3）二维成果

目前城市规划审核后的结果，主要是水平二维地质图、立面图、断面图等，由于其立体感不高，因此无法直接向国家城市规划行政管理机关提交形象直观的建设工程三维模拟结果。

2.2三维激光扫描测量

（1）三维激光扫描

由于地面三维激光扫描装置在扫码流程中定义了空间位置为装置内的坐标控制系统，以便于将其扫码后的节点云三维位置转换成本地独立位置系统从而实现扫描精度评估，因此扫码前就必须布设好控制器位置，而后，用CORS控制系统下的网络RTK或全站仪、水准仪测定控制器的三维空间位置，以便用于测定反射片的三维空间位置。

（2）点云数据处理

首先，扫描后收集的原始点云信息必须在软件系统上经过预处理。因为三维激光扫描信号是由于项目周围条件的改变，而形成对项目核实测量无用的噪声信号，所以，必须首先要经过滤波数据处理。之后，再对三个激光点云信息加以拼接。经过在RiSCANPRO程序中，拟合反射片的中心点并对所扫描网点云信息加以随机拼合，之后，生成有一个坐标体系的多网点云信息。接着，经过对点云的三维坐标控制系统，对反射片的中心加以重新标定，最后再将用传统测量方法所测得的反光片三维位置给定为已标定反光片的圆心，并以此方法将网点云数据转化为一个独立坐标体系。最后，再对多站点云数据加以抽稀

[4]。

（3）扫描精度分析

通过三维激光扫描显示装置的影响所造成的偏差，一般是由于各激光扫描点间的焊接偏差而生成。扫描后，将点云传输给本地独立坐标装置，各个点云均带有实际的区域独立坐标。然后再将点云的任何反射片的区域单独坐标记录下来，与全站仪的数据加以比较对比。

（4）地物要素测量

三维激光对扫描点的云资料数据信息经过加工后，从POINTTOOLS软件系统中，经过截取面层数据分析后导入到南方CASS测量软件系统中，以完成建筑工程的地质要求、建筑外形轮廓和立面高程等信息的测算，并绘制平面图、立面图、剖面图、规划指标距离和建筑面积量算等。

结束语：

地面三维激光扫描技术信息的提取效率能够实现一秒提取十万至百万级的点，点云信息能够逼真地表现复杂工程的每一细部，可以逼真地表现建筑的实景模拟，在异形建筑工程设计与测量领域效益突出，大幅度的减少外业操作时间，降低劳务程度，大大提高外业效率。采用常规检测方法进行位置、边长、高度的三维激光扫描结果进行对比，其准确性充分符合建筑工程规模核实检测的特点。地面三维激光扫描方法在地形不规则状、结构复杂、超大跨度建设项目的规模复核检测中有着很高的使用价值。

参考文献：

[1]梁昭阳.三维激光扫描技术在古建数字保护中的应用[J].山西建筑，2022，48(19)：159-161.

[2]刘斌，李树文，隋俭武，朱君.基于格网点的三维激光扫描技术在边坡监测中的应用[J].北京测绘，2022，36(09)：1177-1181.

[3]南竣祥，田文涛，王爽，李季真，郑智成，乔晓亮.地面三维激光扫描技术在沿黄公路边坡地质灾害监测中的应用[J].测绘标准化，2022，38(03)：90-92.

[4]王雯，阮磊雷.基于三维激光扫描技术的焦炉炭化室炉墙平整度检测及应用[J].化工管理，2022(27)：153-155.