三维激光扫描技术在房产测量中的应用分析

蔡伶波

摘 要：三维激光扫描技术是继GPS技术之后，非常重要的一种新型测绘方法，其可以保证测量质量， 同时建模效果也非常好，大大保证了测量的准确程度，应用范围也非常广。

关键词：三维激光扫描；房产测量；应用

中图分类号：TP274 文献标志码：A

0 前言

随着城市的不断发展，技术水平的不断提升，建筑外观越来越追求独特性与个性化，这使得房产测绘难度逐步提升。在当前形势之下，传统房产测绘技术已体现出越来越多的不足，所以需要引进有效的测绘方法。三维激光扫描技术已日益成熟，能够投入在高精度逆向项目的三维建模以及重构之中。三维激光扫描技术不仅速度快，精准度有保证，同时具有很强的实用价值，可不与物体接触，全数字化等，所以已经被广泛投入于军事、公共服务、建筑以及救援等方面，特别是在建筑方面已经获得了很大的发展。通过三维建模以及重构技术，利用高速三维扫描可以在短时间内得到建筑项目的三维点云数据，进而生成建筑物相应的三维模型。

1 三维激光扫描技术浅析

1.1 工作原理论述

三维激光扫描仪主要包括支架系统、激光扫描系统以及控制系统几部分，也涉及到仪器内部校正以及数字摄影系统，根据其工作原理的不同可以将其划分为以下几种扫描仪：首先是脉冲测距法扫描设备，其可以利用脉冲测距方法来对测量设备中心以及目标点距离进行测量；其次是相位干涉法扫描设备，其主要通过光学干涉技术来对设备中心以及目标点距离进行测量；最后是三角法扫描设备，其主要利用结构化光源以及立体相机装置得到的两条光线，形成立体投影，并依据此来对测量设备以及目标点距离展开测量。

1.2 误差来源

因为三维激光扫描技术本身的原因以及环境的影响，使用三维激光扫描设备所获得的点云数据也会出现各种偶然误差，通过对这些误差进行分析后，可以将其分为以下几部分：扫描设备自身的误差、反射面以及扫描几何条件导致的误差、外界环境误差。

首先是扫描设备本身所导致的误差。通过三维激光扫描设备所获得的原始观测数据有目标物的影像数据、反射强度以及设备到目标的空间信息，并且激光光束性质、分辨率以及角度测量误差等因素会对测量成果的精度产生影响。分辨率可以代表设备探测目标所具有的最高解析能力，直接会关系到扫描的精度程度。随着分辨率的提升，所获取的点云数据也会更加的密集，同时测量物具有的细部表征也会更为全面，然而随着扫描时间的延长，内业处理的难度会随之提升。反之所收集的点云数据也比较稀疏，测量物细部表征则会难以表现，作业时间也会随着缩短，所以需要根据房产测量工程的精准度要求、场扫描环境，来对分辨率进行科学的确定。

其次是反射面以及扫描几何条件所导致的误差。由于反射面粗糙度所造成的误差。因为激光回波信号存在多值性，也就是设备每发射激光光束，就能够接收到若干个反射回波信号，然而三维激光技术需要通过不同的手段来对反射信号进行处理，同时一些设备只能夠对第一次所返回回波信号进行处理，一些设备能够对第一次以及最后一次回的回波信号实施处理。使用不同的方式处理回波信号，会导致激光脚点位置出现偏差，并且反射面不平整度会逐渐的提升，出现的偏差也会更大。

最后是由于扫描几何条件误差所造成的误差。所谓扫描几何条件是在使用设备进行扫描时其和测量目标之间的空间位置关系，也就是扫描设备以及扫描目标之间的距离，扫描设备所激光发射角度以及扫描目标表面法向量两者所出现的夹角。随着扫描距离的提升，环境对于激光光束的影响会不断提升，测量准确度也会随着减弱；随着入射角的提升，激光光斑也会随之变大，而点位精度主要会受光斑大小的制约，所以随着入射角的提升，测量准确度会有所减弱。

2 基于房产测量实例探讨三维激光扫描技术的具体应用

某建筑项目的用地面积总共为20000m2，设计建筑面积达到了25000m2，外墙主要是由全景式玻璃幕墙组成，外立面在水平以及竖直方向上都呈现曲面渐变。尽管本项目的体量比较小，然而由于缺乏明显特征点，若是利用常规测量手段，比如说全站仪等则很难对建筑项目的外轮廓实施测量，同时由于在竖直方向上建筑呈现出曲面收缩状态，计算每层房产面积的轮廓线以及各层的建筑底板时会出现不重合这一问题，所以若是基于施工设计图利用全站仪或者是测距仪则很难绘制有效的测量草图。

为了达到相关规定要求，本房产测量项目通过CORS网络RTK测量方法实施测量作业。为了保证测量质量，房产建筑的周边应当设置总共6个一级控制点，同时为了使三维点云数据具有更强的拼接精度，并且保证高程测量的精准性，需要把周边已经存在的三等水准点以及6个一级控制点实施联测作业。从扫描模式上来看，本工程是绝对定向模式，需要把靶标以及设备布置于一级控制点之中，同时使用相应的参数，通过精扫模式来对房产实施扫描。

2.1 数据处理办法

在通过三维激光扫描技术获得相关数据之后，首先需要点云去噪以及滤波。这是由于通过此技术获取的点云数据量非常庞大，再加上测量时会收到玻璃透射、设备震荡以及灌木遮挡等的影响，造成点云数据中存在或多或少的噪声点，所以需要通过三维扫描设备自带的处理程序来对相对较大的噪声进行处理；其次是需要保证点云配准质量。利用三维激光扫描所获得的点云数据，因为会受到环境以及设备视角的影响，所以应多次设站才可以获得一个完整的整体，之后需要把测站的坐标设置在统一坐标系之内，并开展点云配准工作。针对本房产测量工程绝对定向模式，使用软件对数据进行处理时，需要将测站坐标以及靶标坐标精准的输入进去，并通过后视定向配准模块逐站实施精确配准，以使得配准误差不超过0.01m。

2.2 建筑层高以及房产面积的测算

在对建筑层高实施测量时，因为建筑外立面呈现出逐层缩进状态，并且各层的楼面轮廓线以及2.2m部位的轮廓线相互不重合，所以在进行点云模型切片时应当对各自的特征线进行分别提取。为此需要对一级控制点进行科学布设，通过三角高程技术来对每层的楼面标高实施有效测量，同时对所对应2.20m标高进行计算。

在对房产面积实施测算时，首先需要对特征数据进行提取，也就是对层高测量中所获取的2.20m处标高以及楼层标高的点云数据实施拼接，并对X-Y面切面进行有效处理，从而得到各个轮廓线所对应的点云数据；其次需要进行特征线的绘制，也就是在CAD绘图程序中导入轮廓线点云数据，从而获得房产轮廓线划图；最后在进行房产面积计算时，需要对各层楼面轮廓线以及2.20m处轮廓线进行叠加，并根据其交集来对此楼层的房产面积展开计算，从而获取房产总面积。

结语

三维激光扫描技术是传统建筑测量技术所不能比拟的，其使用全局性的整体测量方法取代了传统以点代面的测量技术，解决了人工测量方法中效率低以及精度低这一情况，特别是建筑立面元素很难测量这一情况得到解决。将其应用在房产测量方面，可以使房产拥有者的利益得到维护，保证了房产的测量效率与质量。

参考文献

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[2]张国民. 浅析房产测量中常见测量技术[J]. 低碳世界，2016（1）：90-91.endprint