三維激光掃描技術(shù)在地下空間設(shè)施普查測(cè)量中的方法研究G

1、陳勇、郭震冬、許盛（江蘇省測(cè)繪工程院，江蘇 南京 210013）摘 要本文通過分析地下空間設(shè)施的類型和特點(diǎn)，引進(jìn)了三維激光掃描儀進(jìn)行普查測(cè)繪。它克服了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的單點(diǎn)測(cè)量、速度慢、對(duì)測(cè)量環(huán)境要求高等缺點(diǎn)。為滿足地下空間設(shè)施測(cè)量精度要求，通過方法試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比確定了三維激光掃描儀有效作業(yè)方法。關(guān)鍵詞三維激光掃描儀、地下空間設(shè)施、方法試驗(yàn)1 引 言地下空間設(shè)施是指建設(shè)在地表以下，為滿足人類社會(huì)生產(chǎn)、生活、交通、環(huán)保、能源、安全、防災(zāi)減災(zāi)、信息與通信等需求而建設(shè)的建（構(gòu)）筑物。地下空間設(shè)施對(duì)象分類采用線分類法，依據(jù)城市地下空間設(shè)施分類與代碼，將地下空間設(shè)施分為以下：圖1地下空間設(shè)施分類圖本次研究主要

2、針對(duì)地下居住設(shè)施、地下公共服務(wù)設(shè)施、地下交通設(shè)施、地下防災(zāi)減災(zāi)設(shè)施、地下工業(yè)及倉儲(chǔ)設(shè)施、地下其他設(shè)施等進(jìn)行普查測(cè)量，此類地下空間設(shè)施大多面積較大，內(nèi)部設(shè)施復(fù)雜，能夠進(jìn)入內(nèi)部進(jìn)行普查測(cè)量。三維激光掃描儀能夠大面積高分辨率地快速獲取被測(cè)對(duì)象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，可以快速、大量的采集空間點(diǎn)位信息，一般情況下三維激光掃描儀的效率是全站儀的數(shù)倍。本文主要通過方法試驗(yàn)研究使用三維激光掃描儀如何滿足地下空間設(shè)施測(cè)量的精度要求。2 三維激光掃描儀測(cè)量方法試驗(yàn)此方法主要考慮到地下空間設(shè)施測(cè)量可以在地下控制測(cè)量完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，三維激光掃描儀和全站儀相比，效率更高、數(shù)據(jù)更完善、操作更方便。為此，選用了同一組

3、圖根點(diǎn)，兩種儀器分布定向設(shè)站，測(cè)量同一片區(qū)域，通過共同特征點(diǎn)提取坐標(biāo)進(jìn)行精度比對(duì)。由于三維激光掃描儀距測(cè)站越遠(yuǎn)點(diǎn)云就越稀，采集的數(shù)據(jù)越不易分辨。經(jīng)過多次試驗(yàn)認(rèn)為能夠辨清特征點(diǎn)的距離在100米左右，考慮到地下圖根點(diǎn)布設(shè)的平均距離在80米以內(nèi)，完全能夠滿足地下建（構(gòu)）筑物特征點(diǎn)的辨別。經(jīng)試驗(yàn)分析統(tǒng)計(jì)本次試驗(yàn)平面中誤差為±0.014m,高程中誤差為±。（見表1，表2）表1 三維掃描儀與全站儀定向設(shè)站平面精度分析表序號(hào)點(diǎn)號(hào)三維激光掃描儀測(cè)量數(shù)據(jù)全站儀測(cè)量數(shù)據(jù)S(m)距測(cè)站距離（m）Y(m)X(m)Y(m)X(m)1MD152MD213MD264MD285MD316MD337MD82

4、8MD349MD3510MD3711MD3612MD8313MD3814MD4115MD4216MD4417MD4518MD4619MD4720MD4821MD4922MD5023MD5124MD5225MD5626MD1027MD1228FJ12表2三維掃描儀與全站儀定向設(shè)站高程精度分析表序號(hào)點(diǎn)號(hào)三維激光掃描儀高程數(shù)據(jù)全站儀高程數(shù)據(jù)h(m)距測(cè)站距離（m）1GC1*.348*.3392GC10*.374*.3383GC11*.414*.3704GC12*.378*.3335GC13*.371*.3556GC14*.363*.3477GC15*.348*.3208GC16*.362*.3669

5、GC17*.372*.34810GC18*.334*.29711GC19*.320*.30212GC2*.402*.39613GC3*.406*.38714GC4*.344*.33015GC5*.376*.35416GC6*.390*.36617GC7*.382*.36818GC8*.391*.37519GC9*.385*.371圖2 三維掃描儀測(cè)量圖三維激光掃描儀可以通過標(biāo)靶把各測(cè)站直接拼接在統(tǒng)一的坐標(biāo)系中，再通過測(cè)量標(biāo)靶點(diǎn)坐標(biāo)直接把點(diǎn)云轉(zhuǎn)換到地方坐標(biāo)系。（1）通過標(biāo)靶把各測(cè)站拼接在統(tǒng)一的坐標(biāo)系，采集首尾標(biāo)靶坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換此方法主要考慮在地下空間設(shè)施中，通常會(huì)有兩個(gè)或多個(gè)出入口，通過三維掃

6、描儀標(biāo)靶拼接測(cè)量地下空間設(shè)施統(tǒng)一到獨(dú)立坐標(biāo)系中，再把首末站的標(biāo)靶點(diǎn)設(shè)置到地面上，通過對(duì)首末站地面標(biāo)靶點(diǎn)的測(cè)量進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。本次試驗(yàn)為方便點(diǎn)的采集，選擇在地面上進(jìn)行，地面高差在6米左右，路線長度969米，共架設(shè)三維激光掃描儀11站，站與站之間設(shè)置了4個(gè)公共標(biāo)靶，通過公共標(biāo)靶進(jìn)行掃描拼接測(cè)量。掃描結(jié)束后，通過三維掃描儀附帶軟件將各測(cè)站拼接至統(tǒng)一的坐標(biāo)系中，各標(biāo)靶拼接匹配較差最大為0.006m。再根據(jù)首尾標(biāo)靶控制點(diǎn)jc1、jc2、jc3、jc4、jc45、jc46、jc47、jc48的地方坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，并通過全站儀在圖根控制點(diǎn)上采集了道路上的一些特征點(diǎn)與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的三維掃描數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：

7、平面位置中誤差±0.051m,高程中誤差±0.023m。(見圖3、圖4)圖3采用首尾標(biāo)靶進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后各特征點(diǎn)平面精度統(tǒng)計(jì)圖圖4采用首尾標(biāo)靶進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后各特征點(diǎn)高程精度統(tǒng)計(jì)圖（2）通過標(biāo)靶把各測(cè)站拼接在統(tǒng)一的坐標(biāo)系，采集所有標(biāo)靶點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換在上述試驗(yàn)的基礎(chǔ)上采集所有標(biāo)靶點(diǎn)控制成果，通過儀器自帶軟件把所有標(biāo)靶點(diǎn)成果導(dǎo)入進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與全站儀采集體征點(diǎn)數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)如下：平面位置中誤差為±0.037m,高程中誤差為±0.028m。（見圖5、圖6）圖5 采用所有標(biāo)靶進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后各特征點(diǎn)平面精度統(tǒng)計(jì)圖圖6 采用所有標(biāo)靶進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后各特征點(diǎn)高

8、程精度統(tǒng)計(jì)圖（1）三維激光掃描儀和全站儀通過設(shè)站定向的方式測(cè)量精度相當(dāng)，在地下空間設(shè)施普查測(cè)量時(shí)可以通過先地下控制測(cè)量后，采用三維激光掃描儀設(shè)站定向的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。（2）三維激光掃描儀通過標(biāo)靶把各測(cè)站拼接在統(tǒng)一的坐標(biāo)系，使用首末標(biāo)靶點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法能夠滿足地下空間設(shè)施測(cè)量的精度要求，且在必要時(shí)可多采集標(biāo)靶數(shù)據(jù)可以提高整體的數(shù)據(jù)精度。3 結(jié)語三維激光掃描技術(shù)已在江陰市全市域地下空間設(shè)施（地下建構(gòu)筑）普查項(xiàng)目廣泛應(yīng)用，大大縮減了數(shù)據(jù)采集的時(shí)間，提高了工作效率，各項(xiàng)成果精度均能夠完全滿足項(xiàng)目需求。參考文獻(xiàn)1 朱凌.地面三維激光掃描標(biāo)靶研究J.激光雜志,2008,29(1):33-35.2

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10、 underground space facilities surveying and mappingChen yong,Guo zhen dong,XU sheng（Surveying and Mapping Engineering Institute of Jiangsu Province, Nanjing210013）Abstract: By analyzing the types and characteristics of underground space facilities, introductedthe 3D laser scanner surveying and mapping.It overcomes the traditional measuring technology of single point measurement, slow speed, the measurement environment requires higher shortcomings. To meet the requirements of underground space faciliti