背包式三维激光扫描仪在房产测量中的应用_荆盼.pdf

背包式三维激光扫描仪在房产测量中的应用荆盼(安徽省地质矿产勘查局3 2 5地质队 安徽 淮北 2 3 5 0 0 0)作者简介荆盼,女,本科,工程师,主要从事地质测绘工作。摘 要 由于经济社会快速发展,社会公众也产生了各种各样关于产证面积规范化,以及提高办证速度、房屋产权变更等等的需求。用传统的手工作业方式完成房产测量已不能满足要求,怎样迅速准确地完成房产测绘,已成为行业面对的主要任务。本文主要描述背包式三维激光扫描仪对于房产测量,房屋产权面积测量外业及内业处理的改变及应用。关键词 背包式三维激光扫描仪;房产测量;内外业应用 引言房产测量主要用于确定和研究调查房屋及其用地的实际状况,为房屋产权、房籍管理,房地产开发与利用,缴纳税金以及村镇规划设计等提供测量的基本数据,是贯通常规测绘技术与房产管理服务业务的一个渠道。1.背包式三维激光扫描仪技术概述1.1三维激光扫描仪工作原理徕卡背包式三维激光扫描仪水平和竖直的扫描仪角度都是3 6 0 的采集范围,同时拥有正负1 5 的一个发射角,最大扫描速率为6 0 0,0 0 0点/秒,双2 7 0 3 0 的最大扫描范围;光线传感器可以自动调整亮度,54 PM高清相机可得5.55.5微米,3 6 0 2 0 0 的全景照片;I MU 1 2 5 H Z高端惯性测量元件(如图1)。图1 仪器组成图惯性测量单元(I MU)是一种由三个加速度计和三个陀螺仪所构成的组合装置,将加速度计和陀螺仪安装在彼此垂直的测量轴上。低精度的I MU可以使用多种方法校正,G P S用来校正位置的长期偏移,气压计用来校正高度,磁力计用来校正姿态。三维激光扫描仪采用了持续高速的水平与垂直方位上的点测量达到面测量,也就是说把空间根据极坐标系分割为特定的水平与垂直间隔,并且迅速测定网格交线处的间距,之后再利用角度计得出点位的空间坐标。把激光分为二束后,被测物体照射需要一束光,而将另一束光直接照到底片上,目的就是要让感光原件感光。这是由于利用了从物体前端反射的激光束和在物体后部反射的激光束之间所经过的路线差别,以及在直接投射的参考光束上所产生的干涉条纹差别,而三维激光扫描仪则记住了物体所有的条纹,也就是已经记住了物体的立体面貌,所以如果再用激光去投射全息图像,就能够显出物体的真面目。观看类似照片时,如果变换观看视角,就能够发现被前方物体遮挡的部分。1.2背包式三维激光扫描仪的工作优势徕卡背包式三维激光扫描仪系统内部集成5个高清相机,可以保证在房产测量中直观地得到被测物体的分布格局、周围环境的影像数据。三维激光数字扫描采用的是一种非接触式高速激光测量的方法,是对相关物体的几何矢量数据和影像资料的获取,获取后利用相关技术软件进行处理分析,从而得到三维坐标点云。三维激光数字扫描技术与传统的测量方法相比,有如下优势:(1)高精度:三维激光数字扫描技术的操作过程中人为干扰比较小,特别是数据收集过程,降低了人为因素造成的误差,且它自身的测量精度能够做到毫米级。(2)非接触式:利用三维激光数字扫描技术的非接触式激光测量手段,对目标物实施扫描,以获取目标物体的三维坐标数据,从而减少了在实际操作过程中,对目标物体所产生的接触式伤害。(3)高效率:对三维激光数字扫描技术而言,每秒就可以采集百万个点以上的数据信息,而且能够更迅速地完成外业测量操作,相比于常规的外业数据测量效率提升了数倍。(4)直观性强:三维激光数字扫描技术是直接获取物体表面的高密度点云数据和点的R G B数据,使数据的显示直观明显。由此可见,三维激光数字扫描技术因具备高精度、非接触式、高效率、直观性强等较好的特性,将发挥其巨大的优势。2.背包式三维激光扫描仪在项目中的应用2.1项目概况安徽淮北市某小区中一幢共计1 6幢房屋,其中690DOI:10.16631/15-1331/p.2022.06.0341幢、2幢中1-3层为商业,楼上为住宅,其余幢均为纯住宅。如果使用传统测量方法,作业组两人一组,一人使用手持测距仪对每一条分户界线进行测量,一人在提前打印好的平面布置图中对应的位置记录实际测量数据。需测量房屋分户界限、共有部分、以及幢与幢之间的相对距离;需要使用G P S,通过土地证中相关界址点信息,放样测量整个小区的用地范围,以便核实是否超出用地界线;还需测量整个小区的平面布置图;同时,还需要调查四至信息。这样的小区第一遍外业测量需3 0天。如若使用背包式三维激光扫描仪,只需要1名外业人员,将背包式三维激光扫描仪背在身上,行走中就可以测量,外业测绘效率极高,为普通外业测绘效率的3-5倍,就可以得到大量的三维数据及实景数据。2.2外业作业流程背包式三维激光扫描仪进行外业采集时,提前到现场勘查,规划行走路线,原则是以最少的时间采集到最完整的数据。采集时有三种模式:室外模式,室外室内模式,纯室内模式。测量整个小区的平面布置图时,采用室外模式:打开背包主机设备和平板,连接背包主机、打开各项传感器系统,保持设备静止,进行静态校准、激活。以上步骤完成后,按规划路线行走,点云数据记录后开始采集。我们测量房屋面积时,采用室外室内模式:打开背包主机设备和平板,连接背包主机、打开各项传感器系统,保持设备静止,进行静态校准、激活。以上步骤完成后,首先在地面采集12分钟之后,进入楼栋内部,按照按规划行走路线走一遍进行测量,确保路线闭合来提高S L AM算法精度。2.3内业的应用三维激光扫描仪采集时,尽管并没有完全取决于外部光线因素,就能够直接且准确的获取三维点云。但是由于受到扫描仪中传感器自身所固有的物理特性限制,也会导致最后得到的点云中不可避免地会含有噪声;同时在扫描的过程中,由于受到激光的多次反射和环境中的灰尘等干扰,会造成最后获得的点云中含有很大比例的外点;还有扫描环境中物体自身产生的遮挡、物体自身的透明特征、扫描过程中的距离以及地点等影响、或者扫描物体各部分和激光扫描仪之间的高度不同等等,也会造成点云数据的损失及点云中各部分的密度也有所不同。这也代表着点云模型的数据量通常较大,对点云的储存、处理和传输都带来了极大的挑战,所以点云数据的降噪就尤其重要。通过点云数据的降噪处理,达到数据的精简,从而更好地设计出合理的点云切片厚度。而在扫描的楼栋数据中,各种各样的目标点、边数据会很多,那么怎样提高扫描的正确性,这就需要进行点云数据的特征点匹配、提取。在进行特征点匹配、提取的时候,我们要选取一些适合项目的特征点,一般是尖锐的物体角为主,如屋角。通过配准,使得点云数据质量更加准确。在点云数据预处理中,首先进行数据输出,仅须直接将U盘接入背包的U S B接口,并通过平板远程控制下载背包数据。通过将基站数据、背包P O S数据合并,然后将数据转换从而进行轨迹解算。建立坐标系I n f i n i t y,最后进行P e g a s u s M a n a g e r、P e g a s u sM a n a g e r点云预处理及P e g a s u sM a n a g e rV i e w e r&A d j u s t点云浏览 与 点 云 纠 正。P e g a s u sV i e w e r在P e g a s u sM a n a g e r软件里,占据一个模块,作为浏览功能。浏览功能十分强大,可以浏览全景照片、彩色点云数据、点云正射视图、3 D视图、加载的矢量数据等。P e g a s u s M a n a g e r软 件 里 的A d j u s t模 块 分 为B a s i cA d j u s t基础平差和A d v a n c e dA d j u s t高级平差两部分,也可以自动纠正重复扫描偏差的功能,更为实用。(如图2小区楼栋分布图、图3彩色点云数据)图2 小区楼栋分布图图3 彩色点云数据计算房屋建筑面积之时,必须首先在层高2.2 m位置处的点云数据进行切片(如图4点云切片图),再通过对每层的特征点及特征线设计出合理的点云切片厚度,进而获取到所需要的各个分户实体轮廓线的点云数据,接着进行轮廓线的绘制。得到二维线划图形之后,导入C A D中,通过与特征点的匹配,并与经规划批准的楼栋平面布置图进行核对。高层建筑有可能会出现同一位置的差异,例如阳台(如图5,实线为规划批准的线化平面布置图,虚线为实际测量后的线画图)。本身会存在着建筑时,工人安装位置不同,导致的扫描后线画图所出的结果不同,针对这种情况需要对具体位置的综合考量,截取均值进行计算,从而得到最终计算建筑面积及各个区域的封闭线画图。再经过房产之友软件的提取、分摊、计算,最终得出各分户实体的建筑面积。790 遥感测绘图4 点云切片图图5 住宅6层轮廓线叠加示意图通过三维激光扫描技术处理之后的二维线画图在核对过程中,不会出现传统测量中漏测情况,它实时显示了分户房屋的平面图,更能直观的看到分户之间的界线。(如图6内部实景)图6 内部实景传统的房产测量在第一遍测量核对数据时,很有可能会因对测量位置记忆模糊而重新进行二次复测。背包式三维激光扫描仪扫描之后得到的点云切片数据,可以直接进行核对,避免重复测量,节约项目成本,提高经济效益。2.4成果精度分析经过实地测量,将利用背包式三维激光扫描仪所得的各个边长与规划允许的平面布置图对比,可以发现,边长数据均小于设计边长,扣除实测时,墙体粉刷估测值后,但差值均在允许误差范围内,且未超过限差。6层户室号实测边长数值(m)理论边长数值(m)扣除墙体粉刷估值之后的差值(m)理论面积(m2)实测面积(m2)二级房产面积限差6 0 11.2 9 81.3 0-0.0 0 25.6 9 65.7 0-0.0 0 47.4 9 57.5 0-0.0 0 52.9 9 73.0 0-0.0 0 31.3 0 01.3 00.0 06.7 9 96.8 0-0.0 0 17.4 9 77.5 0-0.0 0 34.0 9 84.1 0-0.0 0 27 7.0 17 7.6 8(0.0 4S+0.0 0 2 S)6 0 29.5 9 69.6 0-0.0 0 42.1 0 02.1 00.0 00.9 00.9 00.0 06.1 9 76.2 0-0.0 0 37.4 9 97.5 0-0.0 0 14.1 9 64.2 0-0.0 0 41.2 0 01.2 0-0.0 0 04.0 9 84.1 0-0.0 0 26 9.0 66 8.9 5(0.0 4S+0.0 0 2 S)6 0 31.2 9 71.3 0-0.0 0 35.7 05.7 00.0 07.4 9 67.5 0-0.0 0 43.0 03.0 00.0 01.3 0 01.3 00.0 06.7 9 76.8 0-0.0 0 37.4 9 87.5 0-0.0 0 24.0 9 84.1 0-0.0 0 27 7.0 17 6.9 9(0.0 4S+0.0 0 2 S)最终,此项目经淮北市房地产管理局与业主共同经过对外业的采集、数据处理及二级检查一级验收,最终验收结论为合格,可以作为最终房产面积进行确权登记。3.结束语目前测绘技术日异月新,为了紧跟测绘新技术的发展与市场高精度、高质量的要求,徕卡背包式三维激光扫描仪可运用到不同类型的测量项目。它内外业测量的高效率,获得测量数据手段的先进性,是传统测量不可比拟的。由于三维激光数字扫描技术的快速发展,将会是中国测绘发展史的一个重要变革,对日后测量技术的发展提出了更高的要求,同时也是在时代发展革新的过程中,不断为测绘质量提供保障,也是对将来房产测量提供了强有力的技术支持。参考文献1刘炫,顾波.三维激光扫描技术在房产测量中的应用研究J.测绘与空间地理信息2 0 1 7,4 0(7)2 0 3-2 0 4.2白冬,师思超.三维激光扫描技术在房产测量中的应用J.工程技术与应用2 0 1 9,9,8 4-8 5.3蔡伶波.三维激光扫描技术在房产测量中的应用分析J.中国新技术新产品2 0 1 8,2(上),1 8-1 9.4张清.三维激光扫描技术在房产测量中的应用分析 J.工程技术2 0