周柏位
南宁市勘察测绘地理信息院有限公司 广西南宁 530000
摘要:三维激光扫描技术是一种具有高精度的测绘技术，将其应用到建筑竣工核实工作中可以有效地提供该工作的效率和精度。本文对三维激光扫描技术和建筑竣工核实的概念进行了介绍，分析了三维激光扫描技术的原理，并且对三维激光扫描技术在建筑竣工规划核实中的应用过程进行了探讨。
关键词：三维激光扫描；竣工规划核实；点云配准；特征点提取
1 前言
三维激光扫描技术是一种高精度的现代测绘技术，其利用激光扫描来获取点云数据，再对点云数据进行处理，获取被测物的各项数据信息，利用这些信息来建立被测物的三维模型。通过应用这一技术，可以高效的获取精准的被测物模型，尤其是在被测物形状不规则时，其可以高效、准确的完成测绘工作，缩短测量时间。当前，三维激光扫描技术已经被应用于在工程测量、地形测量等很多领域，起到了非常重要的作用。
2 三维激光扫描的原理
三维激光扫描技术在进行被测物体的扫描时，应用的是从左右到、从上到下步进扫描方式，能够对被测物进行多次单点定位测量，获取被测物大量点的数据坐标，然后根据数据坐标建模，得到被测物的三维模型。在实际的应用过程中，三维激光扫描技术是通过三维激光扫描仪来实现的，应用该设备来完成扫描。三维激光扫描仪设置了内置伺服马达、多面扫描棱镜和激光脉冲发射器等元件，在运行过程中，伺服马达驱动多面扫描棱镜转动，通过这样的方式来使脉冲激光束从左到右、从上到下扫描，完成被测物的测量，获取各项坐标信息。三维激光扫描技术采用了脉冲测距法这种激光测距方法，脉冲测距方法的原理，测量激光脉冲信号发射时间和接收时间，获取发出和接收的时间差，计算出和被测目标之间的距离。在具体的实施过程中，主要包括四个步骤，分别是激光发射、激光探测、时延估计、时延测量。激光脉冲发射器会发射极其狭窄的激光脉冲，脉冲照射到被测物表面之后会被反射，探测系统会接收到被反射回来的信号，将其转化成电信号，并生成回波脉冲信号，系统会计算出从发射信号到接收信号的时间差，然后根据激光脉冲的速度，计算出和被测物之间的距离。通过三维激光扫描仪对被测物进行扫描，可以获得被测物的点云数据，点云数据都会被记录在仪器的坐标系统中，系统根据测量得到的距离值、激光脉冲横向扫描角度值和纵向扫描角度值等信息，计算出点云的三维坐标。
3 三维激光扫描在规划核实中的应用
在竣工规和合适工作中，三维激光扫描技术的主要应用可以分为两部分：一部分是外业数据的获取，通过应用三维激光扫描仪进行测量，可以自动化的获取外业数据，不需要太多的人为干预；内业数据处理则需要大量的数据计算，需要人为干预的程度更高，在应用三维激光扫描技术进行规划核实时，内业数据是非常关键的。
3.1 外业数据获取
在进行外业数据采集时，最重要的工作是架设测站。由于被测物是立体建筑，具有多个被侧面，因此为了获取被测物所有的数据，需要设置多个测站，从不同方向对被测物进行测量，采取被测物的完整信息。在后期处理工作中，需要将多个测站的数据放入到同一个坐标体系中，这就需要对相邻测站的数据进行拼接，为了给拼接工作提供依据，应使设置在相邻测站重合位置的特定反射参照点，作为以后相邻测站数据拼接的依据，一般这样的参照点应设置5~6个才能够满足要求。测站处控制点的坐标是非常重要的，通常应用RTK进行测量。
3.2 点云数据预处理
在实际的测量过程中测量获取的点云数据很难完美，通常会由于存在遮挡物、机器自身存在系统误差以及点云数据的空间漏洞等影响到点云数据的精度，在这样的情况下，应用原始的点云数据很难建立三维模型，为了解决这一问题，需要对点云数据进行预处理，用过这样的方法来将点云中的错误点和误差较大的点去除掉。通常采取以下方式进行点云去噪:首先，设置回波信号强度阈值，通过其对信号进行筛选，将无效信号过滤掉；然后，应用中值滤波的方式，将点云中的奇异点筛选出来并且剔除；最后，应用曲面拟合的方式，消除掉遮挡物的影响，在经过预处理之后，点云数据建模的难度极大的降低。
3.3 点云数据配准
点云数据配准是将多个测站获取的数据放到统一坐标系下的一种方式，在统一坐标系后，才能够进行三维建模。常用的点云配准方式是，利用重合位置的特定反射参照点作为间接的地理参照进行配准。这种点云数据配准方法需要应用到传统的测量方式，利用传统方式测量出每个测站控制点的坐标，基于其对获取的坐标进行转换，获取到每个扫描点在统一坐标系下的坐标。点云数据配准还可以选择迭代最近点法。
3.4 建筑物特征点提取
为了应用点云建模，对被测物的空间特征进行还原，需要对点云数据进行处理，从中获得建筑的几何特征，也就是要进行建筑的特征点提取。根据建筑物的形状规则与否，可以分为规则建筑特征点提取和不规则建筑特征点提取。其中，前者操作起来比较简单，应用线性回归方程的方式就可以实现，而后者操作起来的难度比较大，需要完成曲面特征点的提取。在实际操作中，可以应用基于多层感知器网络的曲面重构算法(MLPSR)进行曲面重构。
3.5 建立三维模型
在提取出建筑的特征点后，基于得到的三维重采样点来进行三维建模。在进行三维建模过程中。需要将获取的点云数据构成TIN不规则三角网，然后再在建筑模型表面粘贴纹理，使模型更加真实。通过这样的方式获取的建筑物三维模型，可以直接应用到竣工规划核实中。
4 应用实例
某区域新建成一厂房，基本信息如下：基地面积24178m2，厂房包括12层工业厂房一栋，总建筑面积32201m2，要对该建筑进行规划核实工作。在实际应用中，应用SX10三维激光扫描仪进行数据的采集，同时为了验证SX10三维激光扫描仪的测量数据的准确性，还应用了全站仪以及其它传统方式进行了测量，将三维激光扫描获得的数据和全站仪测量的数据以及建筑物边长数据测量结果等进行比对，对三维激光扫描技术测量数据的精准度进行了判断。
在具体的测量过程中，首先布设控制点，然后对控制点进行校核，确定控制点后架设测点，然后设置扫描的精度、分辨率、扫描时间等参数，然后开始进行扫描，完成该点位的扫描之后，到下一个点位重复上述步骤，进行扫描。获取点云数据之后，对点云数据进行配准。建筑物特征点提取和构建三维模型。获得建筑物的模型，通过进行比对，地形图中点位误差在2cm左右，边长误差在1cm左右，两项指标均满足相关标准对测量精度的要求。
结论
三维激光扫描技术是一种现代测绘技术，具有扫描速度快、数据信息量大和精度高等多方面的特点。在测绘领域具有重要应用。在建筑工程竣工核实中应用这一技术，可以提高竣工核实工作的效率，提高其准确性。但是，就当前而言，这种技术也存在一定的问题，如不能够完成反应被测物高处的细节、植被遮挡导致噪点过多等问题，因此需要进行进一步的研究，解决当前存在的问题，优化使用效果。
参考文献
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