麦杰
梧州市测绘地理信息院 广西 梧州 543002
摘要：目前对于建设工程而言，其质量的提升是确保其能够产出更大经济效益的基础条件，因此要就全过程加以管理。如此显示出对竣工规划核实工作的重视，需要运用直观的技术，展示出被测物的三维模型。本文将基于以上背景给出三维激光扫描在建设工程竣工规划核实中的具体应用。
关键词：三维激光扫描；建筑工程；竣工规划核实；应用
引言：作为一种能够通过采集点云数据而将其构建成三维模型的技术，三维激光扫描能够在激光扫描的支持下，处理已经获取到的数据信息，其可解决因建筑物形状不规则的问题，并相较于传统的测量方式，可有效提升测量的精准度和效率。因此，现已广泛作用于虚拟现实、地形测量和工程测量中，展示其强大的数据处理能力。
1 三维激光扫描的应用原理
三维激光扫描区别于单点定位，其定位的位置点能够涵盖整个被测物体，并非由某个点坐标或者离散的坐标集合反映出位置信息或者结构特点。运用此种技术要保证扫描的顺序和方向，采用自上而下、自左及右的顺序，开展多次、单点定位的自动测量工作，因而能够保证所获得的坐标数量足够展示各区域结构的特征。下文就对扫描和测距的具体应用原理加以说明[1]。
1.1扫描
在扫描环节，利用三维激光扫描仪，其中所带有的伺服马达系统能够带动棱镜转动（如图1），通过驱动其中的多个棱镜，而将脉冲激光束以不同角度反射到被测物的各个位置上，并沿着左—右—上—下的顺序全面扫描被测物。通过以上的操作能够获取到更为细化和精准的数据，此环节属于高精度、全自动、步进式测量的产物。
图1 激光扫描示意图
1.2测距
目前常用的测距方法包括相位、三角、脉冲法，其隶属于三维激光扫描技术，而经过大量资料的考证发现脉冲测距法应用的更为广泛[2]。其主要的作业步骤是：发射激光、探测激光、估计时延、测量时延，原理是发生和接受激光均需要一定的时间，二者所产生的时间差是说明被测物距离的标准，一般在应用中首先要发出激光脉冲，其由发射器发出，且具备高速和狭窄的特征，而后达到被测物后，其会在表面形成回波，接下来进入到捕捉回波和信号转换的阶段，探测系统精准捕获后，脉冲信号将变为电信号，再转变为回波脉冲信号。所测量的时间间隔指得是发射与回波脉冲信号所产生的时间差，由此推演出被测物与激光发射器的间距[3]。
2建筑工程竣工规划核实的工作内容
对于建筑工程竣工规划核实工作内容的调研结果来看，其需要就建设用地的间距、退让用地界线、层数高度、绿地率、建筑面积等加以核验，并根据竣工实测图以及建设工程规划要求中的各项指标来评定。对于某些可通过人眼识别的特征或建筑物立面特点，无需借助三维激光扫描来实现。但对于一些难以利用人眼所测定的指标，例如面积测算、高度测算、占地面积测算等指标，则需要构建相应的三维建筑模型。
3三维激光扫描在建设工程竣工规划核实中的应用
3.1获取外业数据
为保证获取外业数据的精准性，需要架设多个测站，因被测物具有立体结构，仅通过一个方向进行测量，无法保证其多个被侧面的信息能够被直接获取，因而要在数据采集过程中增设测站，以此使得立体建筑的数据信息可以被全面收集。但所收集的数据信息应当放置于同一坐标系当中，因此需要确定好特定反射参照点的位置，一般在相邻测站重叠的部分作为确定参照点的依据，并使得以此测量的数据能够进行拼接，反映出各个测站中被测物的信息特征。实现建筑工程竣工规划核实要求要保证所设定的反设参照点，一般维持在5~6个左右，并充分借助RTK技术优化控制点位的测量坐标工作[4]。
3.2处理点云数据
外业数据获取结束后要预处理与点云数据，而在真正将核实工作落实到实际作业活动中时，会发现一些因素直接作用于测量数据精度提升的层面上，导致精度下降，出现此种情况的原因在于：机器本身的误差影响、遮挡物或者是点云数据存有空间漏洞，在以上因素的单独或共同作用下，无法保证原始点云数据可形成对应的三维结构模型。而预处理点云数据的目的在于消除以上可能造成精度下降的不良因素，将含粗差和错误的点去除。目前达到预处理效果的办法是借助回波信号的强度阈值说明其能否满足有效信号的相关特征，显示出其中存在的奇异点，而后运用中值滤波的办法，将奇异点取掉，剔除遮挡物的干扰因素，将曲面拟合的办法应用其中[5]。
3.3配准点云数据
在此过程中应当要得到点云数据的精准数值，以此获取到被测对象较为完备的讯息，此前已经完成测站的增设架设工作，并保证所获取到的数据均处于同一坐标系当中，在以上条件的作用下要开展配准点云数据的工作，将多个测站中所获取的数据至于统一的坐标系当中，从而为后续三维建模提供有利条件。目前所运用的配准办法是：首先应确定好重合的位置并设定参照标准，以特定反射参照点设置为配准的地理参照要素。并运用过去常用的测量方式测定各个控制点的测站坐标，利用相应的坐标转化办法将扫描点划定到统一坐标中，以此达到这一工作需求，使得最终每个扫描点都能够置于统一的坐标系。除了以上反射参考点特定位置的设定办法外，还可运用迭代最近点法，将其应用于配准作业中的原理是利用四元数点集与点集之间的算法关系，由此达到配准的需求，运用此种方法的具体方式是确定目标点集在点云中的具体位置，并找到相对应的最近点点集，利用四元数算法求得新的最近点点集，而后继续应用重复迭代计算的办法，维持目标函数值和残差平方的数值处于不变的状态，即可达到点云数据配准的效用。
3.4提取建筑物特征点
建模前需要能够依据所获取到的点云数据展示出竣工建筑物的结构特征和空间特点，因此需要完成特征点的提取工作，换言之要从点云数据的庞大信息元素内，找到能够彰显出几何特点的数据点，而为达到以上作业效果要根据竣工核实的具体要求选定对应的提取方式，目前主要通过不规则建筑物和规则建筑物特征点提取的办法完成对应的工作目标。对于规则建筑物提取特征点的工作而言可直接运用线性回归的办法，整个提取过程较为简便，而针对不规则建筑物提取特征点的工作，则要就其曲面特征加以提取，运用曲面重构算法，构建多层感知器网络，对现有建筑物体加以重构。通过选用四层前向网络将神经元数目输入并构建网络训练期望值的办法，来确定各个隐藏的神经元数目，由此使得局面x、y、z坐标值形成特定关系。此关系可使得重构的曲面更为贴合已经竣工完成的建筑物外部结构特征。
3.5构建三维模型
以上作业完毕后，可将三维重采样点作用与建模活动，并把点云数据以表面粘贴纹理的形式形成不规则的TIN三角网，从而保证所构建的三维模型符合真实特征，更具有分析的价值，以此所形成的模型结构，就能直接应用于军工规划核实环节，从而真实反映出建筑物的各项特征。
结束语
综上所述，将三维激光扫描应用于建筑工程竣工规划核实工作中，需要在实际应用过程中完成外业数据的收集和处理任务，为达到提升外业自动化水平的效果，需要降低人工干预的程度，将此种技术所具备的精度高、同时处理信息量大的优势发挥出来。但此种技术的应用时间较短，实际应用中仍存在着高处细节难以直观反映的问题，需要就此展开研讨。
参考文献
[1]杨必胜,梁福逊,黄荣刚.三维激光扫描点云数据处理研究进展、挑战与趋势[J].测绘学报,2017,4610:1509-1516.
[2]卢颖.基于三维激光扫描的桥梁检测技术应用研究[D].吉林大学,2017.
[3]方毛林.三维激光扫描技术在文物古迹保护中的应用研究[D].合肥工业大学,2017.
[4]艾卫涛.三维激光扫描点云去噪及在建模中的应用[D].西安科技大学,2017.
[5]张豪杰.采动区高等级公路变形三维激光扫描监测方法研究[D].中国矿业大学,2018.