三维激光扫描技术在地籍测绘中的应用

三维激光扫描技术在地籍测绘中的应用

龚飞翰

身份证号： 430404198306061011衡阳市大雁地理信息有限公司 湖南衡阳 421001

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，提升地籍测绘作业的自动化水平。基于此，本文针对三维激光扫描技术在地籍测绘中的应用进行探析分析，以供参考。

引言

权属调查是地籍测绘的一项重要组成部分。与传统的测绘工程相类似，地籍测绘也遵循先控制后碎部，先整体后局部的测量原则，不同于工程测量的是，地籍测绘包含对测绘物的权属调查信息，由于其一般是政府主导的测绘行为，其测量成果往往是法律认定物权的重要依据，测量数据本身具有很强的现时性。地籍测绘技术的发展从最早的钢尺加平板手工绘制，到全野外数字测图，直至日前的航空倾斜摄影测量技术的发展，获取的数据更全面、精度更高，随着计算机技术、3S技术、摄影测量技术以及三维激光扫描技术的不断发展与完善，为地籍测绘发展迎来了新的契机，提供了更加高效快捷的方法，解决了采用全站仪、GPS等方法进行地籍测量时的周期久、强度大等问题。三维激光扫描技术由最初的古建筑保护、地质灾害监测等领域，逐步扩大到工程测量、智慧城市建设等多个方面，在地籍测绘中采用三维激光扫描技术，发挥其高精度、快速获取数据、高效等优势，对地籍测绘工作必将带来极大的推动作用。

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，也可采用导线测量、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^[1]。（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。

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^[2]。（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。

3三维激光扫描技术应用于地籍调查中实例分析

3.1调查区域概括

本次实验区某地籍调查测绘工程，该工程测绘东西走向，东西长约2.21km，南北长约0.85km，呈狭长状态。全村宗地共计602宗，房屋结构以砖混一层房屋为主，有部分老房子仍然是土房，村庄内部道路植被浓密，村间道路行驶车辆较少。根据实际工作经验，共3名工作人员，分别操作仪器、采集数据与标靶测量，共计外业测量用时2d，内业数据处理3d完成。与传统的GPS与全站仪相结合的方法相比，采用传统的方法需要4~5人作业10d左右才能将整个村子测绘完，采用三维激光扫描仪节省了大量人力物力，大量工作采用内业的方式完成，节省了外业费用^[3]。

3.2数据采集方法及程序

依据前文中所示的三维激光扫描技术进行地籍测量的流程图，数据采集流程主要分为：①资料收集；②控制点布设；③扫描测量；④数据内业处理；⑤权属调查等主要过程。

3.2.1资料收集及控制点的布设

资料收集主要是对测区的相关测绘成果进行收集，包括村子的概况、遥感影像资料、地籍相关资料以及控制点及水准点坐标等相关数据。对村庄进行整体的研究并制定详细的工作方案和工作路线，采用GPS进行点位控制测量，特别要注意的是控制点尽量布设为全村覆盖。

3.2.2外业扫描

外业扫描时要按照计划进行路线的行进，并合理进行站点的排布，优化站点设计，既能全区覆盖又能尽可能少布点，优化工作流程，节省外业作业时间和数据量。进行外业扫描时要优先做好测量方案，选择通视效果好、无遮挡的区域，并在扫描仪周围布设4个标靶片，对标靶片的测量采用碎步测量的方式获得其点位坐标。通过工作前的测量实验验证，标靶点均匀分布在仪器周围，并距离仪器1.5~2倍距离，此时精度最高，测量效果最好。在测量过程中，如果前后测站的同名点数量超过50%，则可减少标靶点的数量，提高工作效率，节省外业工作时间。本次测区共进行了72站的扫描工作，经内业分析，实际需要61站就能将全部的测区进行覆盖，其中，16站布设在较高的平房顶，10站架设在测量车上，剩下的35站在通视效果较好的空地上架设。通过数据分析，架设点位较高获取的数据能更好地对房子内部布局及构造进行覆盖，弥补空地架设产生的空白区域，架设在汽车上的测站，由于高度的原因，容易被树木枝叶挡住，因此，测量车测站也应选择空地，视野开阔的区域

^[4]。

3.2.3内业点云数据处理

扫描获得的点云数据都在局部坐标系中，将点云数据通过坐标系转换重构到同一坐标系中，并进行点云的拼接。点云的拼接主要依据构建同名点，将点云数据中靶点坐标与GPS实测坐标进行匹配，至少采用3个点进行相邻站点的匹配。经过点云匹配后，所有的点云数据在同一相对坐标系下，需根据扫描仪的三维坐标转换到大地坐标系下，具体实现的方法是将用于平差的标靶点坐标与点云中的同名点进行坐标的匹配与纠正，进而把所有的点云数据纠正在大地坐标系下。

4精度对比分析

对于坐标转化完的点云数据，需进行精度的进一步评定。采用转换后点云数据中的标靶点坐标与实测坐标进行对比，共计选取268个标靶点坐标，通过计算，得出中误差为1.19cm，满足农村地籍测量的精度要求。

结语

相比于传统的地籍测量方法，三维激光扫描具有获取速度快、精度高以及数据处理自动化等特点，大大减少了地籍调查的外业工作量与人力成本，随着测量数字化程度的发展，国家提倡空间规划、三维不动产的推行，三维激光扫描技术的不断发展和完善，其在地籍测量中必将全面推广与应用，成为全新的数据采集手段。

参考文献

[1]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,2018,37(23):259-260.

[2]聂庆微.探究三维激光扫描技术在地籍测绘中的应用[J].工程建设与设计,2018(12):255-256.

[3]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(10):238-239.

[4]李海军.探究地籍测绘中三维激光扫描技术的应用与实践[J].中小企业管理与科技(中旬刊),2018(03):193-194.