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三维激光扫描技术在地籍测绘中的应用
发布时间:2018-04-16
  1、引言
  
  地籍测绘在我国已有2000余年的历史,是相关土地管理部门进行土地规划、管理的重要数据来源,因此对于土地信息的真实性、可靠性和准确性有着较高的要求。但是在以往的地籍测绘工作中,传统测绘技术的应用不仅人工作业量大、操作复杂性高,在测绘精度和准确度方面也得不到有效的保证。现阶段,三维激光扫描技术作为较为常用的地籍测绘技术之一,能够有效提高我国传统地籍测绘的速度,因而受到业内人士的广泛关注。
  
  2、三维激光扫描技术概述
  
  三维激光扫描技术是一种由计算机、激光发射器、接收器、光路调节装置以及激光自适应聚焦控制单位等组成的全自动的先进立体扫描技术,其工作原理如下:首先通过激光扫描、接收得到测绘对象表面点的三维坐标,然后以此为基础进行地表信息的提取,并进一步进行三维场景的构建。较常规测量技术而言,该技术具有非接触性测量、数据采样率高以及不受测区环境影响等特点,加之其本身所具有的点定位精度高、采样点速率高、软件功能全面、测量距离远以及兼容性好等优势,因此被广泛应用于建筑估计测量、文物建筑以及结构测量等诸多领域,具有明显的优越性[1].
  
  3、地籍测绘中应用三维激光扫描技术的基本流程
  
  3.1 前期准备
  
  三维激光扫描仪本质上是一种具有机身小的全站仪系统,其功能的发挥主要还是依靠主动式激光扫描原理来实现的,因此,三维激光扫描技术的前期准备工作,只需要在现场勘查后选择合适的扫描站点即可[2].
  
  3.2 测区站点设置
  
  三维激光扫描仪测区站点的设置相对灵活,可以根据测区的实际情况选择地势较高的或是通视效果较好的地方,并且要求周围没有电磁干扰。三维激光扫描仪所使用的坐标系是以站点为圆心设置的独立坐标系,当测区的控制点设置完成后,在作业行进路线上设置相应的站标,从而实现站与站之间数据的拼接[2].
  
  3.3 扫描测量
  
  扫描测量完成三维激光扫描仪的站点设置后,便可进行转扫操作。一般来说,每站转扫时间约4min~6min.转扫结束后,现场工作人员可以直接查看转扫效果,若点云数据存在明显问题,或扫描区域不理想,便可对站点进行调整,重新测量,确保转扫质量满足后期的数据处理要求。
  
  在正式转扫之前,还需进行GPS接收器的设置,这样就能够在测量过程中,直接引入测区坐标系统。一般来说,转扫测量需要以建筑扫描为主,但是在部分内街巷道,由于地方较为狭窄,因此无法获得稳定的GPS信号,此时就需要将街巷作为主要的测量对象,并且在房屋较密集区,布设多个站点以保证测量效果。
  
  在实际测量过程中,难免会遇到一些难以直接通过三维激光扫描仪获取坐标的地物,因此需要借助全站仪进行测量,尤其是地籍测量后期,需要积极配合全站仪的测量工作,在方便后期数据拼接处理的同时,也为三维激光扫描测绘的精度控制提供了对比。
  
  3.4 数据处理
  
  当完成转扫测量工作后,需要对获取到的三维点云数据进行测站的拼接,虽然设置的每个站标都有所不同,但三维激光扫描系统可以自动识别站标的十字靶心,这样就可以减少人为操作所造成的误差,有利于提高测量的精确度。基于此,内业工作人员在进行拼站工作时,可以以某一站作为点云数据拼接的基准点,然后依次加载临近站点的数据,系统可以站点坐标进行初步的识别与拼接。拼接完成后,工作人员需要根据作业底图和相关影像数据对整体拼接效果进行查看,避免拼接误差的产生。另外,受计算机系统处理系统的限制,工作人员需要注意分块、分批进行点云数据的处理,在确保测区拼站精度的同时,保障点云数据的处理速度。
  
  4、三维激光扫描技术的应用实践
  
  文章以TrimbleTX8(增强型)地面三维激光扫描仪在苏州某农村地区的具体应用实践,阐述三维激光扫描技术的作业效率及精密度。
  
  4.1 区域概况
  
  该实践位置是苏州某农村地区,项目涉及6个镇区,89个行政村,约5万宗地。项目超过30%的测区使用三维激光设备进行作业,作业中,对房屋密集区采用1档进行作业,而房屋稀疏区域,为了保证点云密度,采用2档进行作业,单站测量时间为2~3min,每日扫描站数约120~150站,测量宗地约80~100宗,这样的作业效率相较于传统全站仪作业,至少提高了4倍,且其对作业人员素质要求也更低,作业人员在工作中只需要转站和启动仪器即可。
  
  4.2 应用TrimbleTX8的效果
  
  为了验证TrimbleTX8的扫描效率和测量精准度,下面以表格的形式加以说明。
  
  通过分析表1的数据可知,三维激光扫描技术比传统的地籍测量技术相比,工作效率高,优势明显,最重要的是应用该技术可以在夜间进行工作,因此很适用于工期紧迫,需要全天候作业的工程项目,同时应用该技术还能有效保证测量结果的精准度。
  
  下面为了验证三维激光扫描技术的地籍测量精度,用全站仪对三维激光扫描设备作业的区域进行质量检查,共复测界址点3446个,复测坐标的中误差为2.99cm,最大偏差为8.9cm,具体的数据如表2所示。
  
  由上表2可以看出,在农村地籍测量中应用三维激光扫描技术完全可以保证测量精准度,对3446个界址点进行抽查并分析,测量精度低于1倍中误差的比例已经达到了78.64%,在2倍中误差以内的是100%,通过上述数据足以证明三维激光扫描技术的精确度了。
  
  5、结语
  
  在地籍测绘工作中,三维激光扫描技术的应用,在很大程度上提高了地籍测绘的效率和测绘精度,因此,相关测绘人员需要积极研究三维激光扫描技术的应用范围,提高测绘水平,进而能够帮助国家更好地进行国土资源管理。
  
  参考文献:
  
  [1]张振勇。三维激光在地籍测绘中的应用[J].硅谷,2014(23):71-71.  
  [2]周文婷。浅谈三维激光扫描技术在地籍测绘中的应用[J].科技创新与应用,2015(18):300.
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