摘要 

      三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。通过三维激光扫描技术能够提供地面的三维点云数据，根据点云数据处理可快速建立地面三维可视化模型，简单直观，从而对地籍面积进行计算。采用三维激光扫描技术，力求在满足地籍数据精度的基础上，立足生产实际需要，寻求一种减轻野外劳动强度、提高作业效率的测量作业方法。本文针对三维激光扫描技术的原理和优势，并对其在地籍测量中的应用进行了深入的探讨，总结三维激光扫描技术在地籍测绘应用中的实际作业流程和工作中存在的问题，提出了实现地籍测量信息化的发展方向。
关键词：三维激光扫描技术；地籍测量；建模；三维图像
The application of
3D laser scanning technology in the cadastral survey
Abstract
The 3D laser scanning technology is also known as the real copy technology, is a technology revolution after GPS in the field of Surveying and mapping. It breaks through the traditional single point measurement, has the unique advantages of high efficiency and high precision. Through 3D laser scanning technology can provide ground 3D point cloud data, according to the point cloud data processing can be quickly set up the ground 3D visualization model, simple and intuitive, thus of the cadastral area were calculated. Using the 3D laser scanning technology, and strive to meet the accuracy of cadastral data based, based on the production actual need, seek a reduced field labor intensity, improve the operation efficiency of the surveying methods. In this paper, the principle and advantage for 3D laser scanning technology and on its application in cadastral survey were in-depth discussion, summary of 3D laser scanning technology in Cadastral Surveying and mapping in the application of actual operation flow and existing problems, put forward the development direction of cadastral information.
Keywords:The 3D laser scanning technology；Cadastral survey；Modeling；Three-dimensional image

引言 

      地籍测量是土地管理工作的重要基础，它是以地籍调查为依据，以测量技术为手段，从控制到碎部，精确测出各类土地的位置与大小、境界、权属界址点的坐标与宗地面积以及地籍图，以满足土地管理部门以及其它国民经济建设部门的需要。地籍测量发展迅速，很多新设备新技术都应用到地籍测量之中，比如全站仪摄影测量，GPS等等。但是利用全站仪进行野外地籍测图存在外业劳动强度大、作业周期长、局部范围无法测量等不足之处；摄影立体测图很难从立体像对上获得高精度的地籍界址点坐标；GPS仅能进行单点精确测量，对于采集大量的测绘点来描述目标结构的完整属性，就力所难及。而三维激光扫描技术的出现，为空间三维信息的获取提供了全新的技术手段，克服了传统测量技术的局限性，采用非接触主动测量方式，可以高分辨率、快速获取被测对象的空间三维坐标对整体三维结构和空间三维特征进行三维建模，再现所测物体的三维立体景观。

一、三维激光扫描技术的原理与优势

（一）三维激光扫描技术的原理

      三维激光扫描测量系统主要由激光发射器、内置数码相机、马达控制可旋转的滤光镜、控制电路板以及后处理软件组成。三维激光扫描系统按操作空间位置可以划分为机载型、地面型以及手持型。其中地面三维激光扫描测量系统主要由激光发射器、激光接收器、时间计数器、马达驱动的可旋转滤光镜、内置数码相机、控制电路板、计算芯片和软件等组成。激光脉冲发射器周期性地发射激光脉冲,然后由接收透镜接收目标表面反射的激光信号,利用一个稳定的石英时钟对发射与接收时间差作计数,最后由计算芯片通过按照算法处理原始数据,从中计算出采样点的空间距离S。精密时钟控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值β。 
      地面三维激光扫描测量一般使用仪器内部坐标系统(即以仪器为坐标原点),X轴在横向扫描面内,Y轴在横向扫描面内与X轴垂直,Z轴与横向扫描面垂直。由此可得到采样点坐标的计算公式
X=Scosβcosα Y=Scosβcosα Z=Scosβ
（二）三维激光扫描技术的优势 
      1.精度高。传统的摄影测量建立的模型上各点的坐标根据像控制点的坐标而来，点位测量精度与像控制点的精度和位置相关，而采用激光扫描直接测量得到的测点精度高于摄影测量中的解析点，且精度分布均匀；激光扫描测量系统解决了常规测量方法不易解决的表面近似误差。 
      2.数据获取速度快，实时性强。在数秒内就能采集上万个点，几分钟内对所感兴趣的区域建立详尽准确的三维立体影像。 
      3.数据量大，能详细描绘物体的细节信息。三维激光扫描又称为“实景复制”，可以达到“所见即所得”，只要事先制订好周密的测绘方案，可以得到目标实体表面的详细信息，尤其适用于不规则建筑的扫描测绘。 
      4.全数字特征，信息传输、加工、表达容易。三维激光扫描的外业成果点云数据为包含采集点的三维坐标和颜色属性的数字文件，便于输出到其它系统处理和使用，如可以作为 GIS 的基础资料。 
      5.主动性强，主动发射激光信号，不受外部光照气压等影响，扫描不受时间的限制能全天候工作。 
      6.三维激光扫描技术相对于近景摄影测量具有对操作人员的要求简单、数据处理方式灵活、精度均匀、外业过程不受光线、温度等外界环境的影响等优势。 
      7.非接触性，不需要接触目标，即可快速确定目标点的三维信息，解决了危险目标的测量、不宜接触目标的测量和人员无法到达目标的测量等问题。

二、三维激光扫描技术在地籍测量中的应用

(一)高精度的测算 

      城镇地籍测量要为土地管理提供精确可靠的地理参考系统，是一项基础性的具有政府行为的测绘工作，是政府行使土地行政管理职能具有法律意义的行政技术行为有别于一般的地形测量’高精度的测量为后期快速准确的面积计算奠定了良好的基础。 
      在以往的城镇地籍调查中，宗地面积的求算主要采用几何图形计算4格网法计算及求积仪计算面积，面积精度相对较低。对于三维激光扫描仪获取的数据进行准确的建模，可以方便的在电脑上进行量测，精度得到了极大的提高。
（二）生动形象的三维图像 
      以往的城镇地籍调查中，调查成果多以图件和报表的形式为主，尚难以满足政府的管理、规划和决策的实际需要，尤其是很多数据只有专业的技术人员才明白其含义，限制了对数据的进一步分析，易读性较差，可用性较差。 
      从我国当前的GIS现状来看，大规模应用GIS的高峰即将到来，国家将进行高强度投入，建立统一的空间数据系统，那么就要首先在各部门的系统中实现数据的共享，进一步实现信息的社会化。以往的测量方法极大的限制了GIS在该方面的发展，然而一幅真实的图象胜过千言万语，把丰富的三维扫描数据与视觉技术结合在一起，得到的数据能在某些特定的办公室软件中生成高质量的可视成果。一张图片相当于1000个文字，可视数据通过空间成像解产生后，可以满足大家的共享需求，无论是调查的验收方还是使用者，都能够容易地看到数据所表现的具体图像，或者导出到CAD软件中进行深入分析。借助如此生动、逼真、具有说服力的交付成果，使得任务的审核验收以及数据利用都变得更加顺畅。
（三）避免返工和重复测量 
      我们在实际测量中大概都有体验过白天辛苦一天，内业处理后发现数据遗漏而必须重测补测的状况。尤其是在地籍测量中进行航空摄影测量，测量一次成本高，升空手续复杂。而三维激光扫描仪可以对现行任务的数字图像进行实时处理。若添加一个视频屏幕实时显示扫描成果，操作者只需在触摸视频流中适当的点，便可选择测量目标点，并实时查看三维数据，实时地查看哪些对象已测量过，极大的避免了数据的漏测现象。
（四）快速建模 
      建立地籍信息系统为领导决策提供科学依据，系统大大减轻地籍管理者的工作量，三维激光扫描进行地籍测量可为国土管理，城市规划和城市建设等及时提供了大量数字化图件。测量成果将用于建设城市空间数据库，该数据库的建设，一方面将采集的数据集中管理，统一维护更新，保证了数据的现势性和安全性，为土地管理日常业务提供大量三维地形地籍电子数据，辅助领导决策，为最终实现土地管理信息化打下坚实基础；另一方面城市空间数据库将为“数字城市”和“电子政务”等建设服务，在整个城市范围内提供统一的空间信息框架。这些数据将应用到公安、消防、电信、环保、水利、林业、交通等各部门，对实现城市空间数据共享，减少重复投资，促进城市信息化建设的发展具有重要意义。
结论
一、总结 
      论文通过对三维激光扫描技术在地籍测量中的应用进行论述，分析了该技术的优越性。三维激光扫描技术应用在地籍测绘上能够发挥激光扫描技术自身的优势，降低外业劳动强度、提高整体工作效率。只是目前该技术并未在地籍测绘上全面铺展，所以，在载体形式和内业处理上并没有完全从地籍测绘工作的特点出发，还存在需要改进的方面。 
      三维激光扫描技术是快速获取三维空间信息的重要手段之一，特别对于测绘领域来说，伴随三维激光技术的不断完善与发展，以及三维控制信息需求的增加，三维空间技术将和现代经典测量技术相互融合，作为一种新的空间数据采集手段，三维激光扫描技术将具有广阔的发展空间，成为一种普遍在测绘领域应用的新技术手段
二、今后的展望 
      在地理信息系统技术支持下，航空三维激光扫描数据与地面三维激光扫描仪、GPS信息互补进行数据处理。最终实现土地管理数据的数字化，业务管理过程的计算机化，系统之间和数据传送的网络。
（一）地籍调查与测量一体化 
      采取测绘与地籍调查人员有机结合方式，即测绘人员负责地籍图的测绘（包括内业解译和外业核实），土地管理人员负责对宗地内土地的权属、位置、数量、质量和利用现状等基本属性的调查和确认，且测量人员不仅要对地籍测量的质量负责，也要对地籍调查成果的质量负责，形成地籍调查与测量一体化的运行模式，有效保证地籍调查与测量的连贯和一致性，就可避免地籍调查与地籍测量成果质量不一致，工作前后衔接难度大等弊端。
（二）保持地籍信息的现势性 
      地籍管理最显著的特点之一就是要时刻保持地籍成果资料的现势性，这一特点就要求初始地籍测量成图的周期要尽可能短，对于发展迅速的城镇变更测量要及时。那么，三维激光扫描仪的充分利用是缩短成图周期的极好途径。
随着三维激光扫描技术的发展，必将带来测绘领域的又一次革命，城镇地籍测量与管理也将随着该技术的进步走向准确、实时、便捷、智能化和信息化的新时代。

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来源：万苏波

编 辑：徐悉