三維激光掃描在建設(shè)工程竣工規(guī)劃核實中的應(yīng)用研究

摘要：目前對于建設(shè)工程而言，其質(zhì)量的提升是確保其能夠產(chǎn)出更大經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)條件，因此要就全過程加以管理。如此顯示出對竣工規(guī)劃核實工作的重視，需要運(yùn)用直觀的技術(shù)，展示出被測物的三維模型。本文將基于以上背景給出三維激光掃描在建設(shè)工程竣工規(guī)劃核實中的具體應(yīng)用。關(guān)鍵詞：三維激光掃描；建筑工程；竣工規(guī)劃核實；應(yīng)用引言：作為一種能夠通過采集點云數(shù)據(jù)而將其構(gòu)建成三維模型的技術(shù)，三維激光掃描能夠在激光掃描的支持下，處理已經(jīng)獲取到的數(shù)據(jù)信息，其可解決因建筑物形狀不規(guī)則的問題，并相較于傳統(tǒng)的測量方式，可有效提升測量的精準(zhǔn)度和效率。因此，現(xiàn)已廣泛作用于虛擬現(xiàn)實、地形測量和工程測量中，展示其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。1三維激光掃描的應(yīng)用原理三維激光掃描區(qū)別于單點定位，其定位的位置點能夠涵蓋整個被測物體，并非由某個點坐標(biāo)或者離散的坐標(biāo)集合反映出位置信息或者結(jié)構(gòu)特點。運(yùn)用此種技術(shù)要保證掃描的順序和方向，采用自上而下、自左及右的順序，開展多次、單點定位的自動測量工作，因而能夠保證所獲得的坐標(biāo)數(shù)量足夠展示各區(qū)域結(jié)構(gòu)的特征。下文就對掃描和測距的具體應(yīng)用原理加以說明[1]。掃描在掃描環(huán)節(jié)，利用三維激光掃描儀，其中所帶有的伺服馬達(dá)系統(tǒng)能夠帶動棱鏡轉(zhuǎn)動（如圖1），通過驅(qū)動其中的多個棱鏡，而將脈沖激光束以不同角度反射到被測物的各個位置上，并沿著左—右—上—下的順序全面掃描被測物。通過以上的操作能夠獲取到更為細(xì)化和精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，此環(huán)節(jié)屬于高精度、全自動、步進(jìn)式測量的產(chǎn)物。圖1激光掃描示意圖測距目前常用的測距方法包括相位、三角、脈沖法，其隸屬于三維激光掃描技術(shù)，而經(jīng)過大量資料的考證發(fā)現(xiàn)脈沖測距法應(yīng)用的更為廣泛[2]。其主要的作業(yè)步驟是：發(fā)射激光、探測激光、估計時延、測量時延，原理是發(fā)生和接受激光均需要一定的時間，二者所產(chǎn)生的時間差是說明被測物距離的標(biāo)準(zhǔn)，一般在應(yīng)用中首先要發(fā)出激光脈沖，其由發(fā)射器發(fā)出，且具備高速和狹窄的特征，而后達(dá)到被測物后，其會在表面形成回波，接下來進(jìn)入到捕捉回波和信號轉(zhuǎn)換的階段，探測系統(tǒng)精準(zhǔn)捕獲后，脈沖信號將變?yōu)殡娦盘枺俎D(zhuǎn)變?yōu)榛夭}沖信號。所測量的時間間隔指得是發(fā)射與回波脈沖信號所產(chǎn)生的時間差，由此推演出被測物與激光發(fā)射器的間距[3]。建筑工程竣工規(guī)劃核實的工作內(nèi)容對于建筑工程竣工規(guī)劃核實工作內(nèi)容的調(diào)研結(jié)果來看，其需要就建設(shè)用地的間距、退讓用地界線、層數(shù)高度、綠地率、建筑面積等加以核驗，并根據(jù)竣工實測圖以及建設(shè)工程規(guī)劃要求中的各項指標(biāo)來評定。對于某些可通過人眼識別的特征或建筑物立面特點，無需借助三維激光掃描來實現(xiàn)。但對于一些難以利用人眼所測定的指標(biāo)，例如面積測算、高度測算、占地面積測算等指標(biāo)，則需要構(gòu)建相應(yīng)的三維建筑模型。三維激光掃描在建設(shè)工程竣工規(guī)劃核實中的應(yīng)用獲取外業(yè)數(shù)據(jù)為保證獲取外業(yè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，需要架設(shè)多個測站，因被測物具有立體結(jié)構(gòu)，僅通過一個方向進(jìn)行測量，無法保證其多個被側(cè)面的信息能夠被直接獲取，因而要在數(shù)據(jù)采集過程中增設(shè)測站，以此使得立體建筑的數(shù)據(jù)信息可以被全面收集。但所收集的數(shù)據(jù)信息應(yīng)當(dāng)放置于同一坐標(biāo)系當(dāng)中，因此需要確定好特定反射參照點的位置，一般在相鄰測站重疊的部分作為確定參照點的依據(jù)，并使得以此測量的數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行拼接，反映出各個測站中被測物的信息特征。實現(xiàn)建筑工程竣工規(guī)劃核實要求要保證所設(shè)定的反設(shè)參照點，一般維持在5~6個左右，并充分借助RTK技術(shù)優(yōu)化控制點位的測量坐標(biāo)工作[4]。處理點云數(shù)據(jù)外業(yè)數(shù)據(jù)獲取結(jié)束后要預(yù)處理與點云數(shù)據(jù)，而在真正將核實工作落實到實際作業(yè)活動中時，會發(fā)現(xiàn)一些因素直接作用于測量數(shù)據(jù)精度提升的層面上，導(dǎo)致精度下降，出現(xiàn)此種情況的原因在于：機(jī)器本身的誤差影響、遮擋物或者是點云數(shù)據(jù)存有空間漏洞，在以上因素的單獨(dú)或共同作用下，無法保證原始點云數(shù)據(jù)可形成對應(yīng)的三維結(jié)構(gòu)模型。而預(yù)處理點云數(shù)據(jù)的目的在于消除以上可能造成精度下降的不良因素，將含粗差和錯誤的點去除。目前達(dá)到預(yù)處理效果的辦法是借助回波信號的強(qiáng)度閾值說明其能否滿足有效信號的相關(guān)特征，顯示出其中存在的奇異點，而后運(yùn)用中值濾波的辦法，將奇異點取掉，剔除遮擋物的干擾因素，將曲面擬合的辦法應(yīng)用其中[5]。配準(zhǔn)點云數(shù)據(jù)在此過程中應(yīng)當(dāng)要得到點云數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)數(shù)值，以此獲取到被測對象較為完備的訊息，此前已經(jīng)完成測站的增設(shè)架設(shè)工作，并保證所獲取到的數(shù)據(jù)均處于同一坐標(biāo)系當(dāng)中，在以上條件的作用下要開展配準(zhǔn)點云數(shù)據(jù)的工作，將多個測站中所獲取的數(shù)據(jù)至于統(tǒng)一的坐標(biāo)系當(dāng)中，從而為后續(xù)三維建模提供有利條件。目前所運(yùn)用的配準(zhǔn)辦法是：首先應(yīng)確定好重合的位置并設(shè)定參照標(biāo)準(zhǔn)，以特定反射參照點設(shè)置為配準(zhǔn)的地理參照要素。并運(yùn)用過去常用的測量方式測定各個控制點的測站坐標(biāo)，利用相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化辦法將掃描點劃定到統(tǒng)一坐標(biāo)中，以此達(dá)到這一工作需求，使得最終每個掃描點都能夠置于統(tǒng)一的坐標(biāo)系。除了以上反射參考點特定位置的設(shè)定辦法外，還可運(yùn)用迭代最近點法，將其應(yīng)用于配準(zhǔn)作業(yè)中的原理是利用四元數(shù)點集與點集之間的算法關(guān)系，由此達(dá)到配準(zhǔn)的需求，運(yùn)用此種方法的具體方式是確定目標(biāo)點集在點云中的具體位置，并找到相對應(yīng)的最近點點集，利用四元數(shù)算法求得新的最近點點集，而后繼續(xù)應(yīng)用重復(fù)迭代計算的辦法，維持目標(biāo)函數(shù)值和殘差平方的數(shù)值處于不變的狀態(tài)，即可達(dá)到點云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的效用。提取建筑物特征點建模前需要能夠依據(jù)所獲取到的點云數(shù)據(jù)展示出竣工建筑物的結(jié)構(gòu)特征和空間特點，因此需要完成特征點的提取工作，換言之要從點云數(shù)據(jù)的龐大信息元素內(nèi)，找到能夠彰顯出幾何特點的數(shù)據(jù)點，而為達(dá)到以上作業(yè)效果要根據(jù)竣工核實的具體要求選定對應(yīng)的提取方式，目前主要通過不規(guī)則建筑物和規(guī)則建筑物特征點提取的辦法完成對應(yīng)的工作目標(biāo)。對于規(guī)則建筑物提取特征點的工作而言可直接運(yùn)用線性回歸的辦法，整個提取過程較為簡便，而針對不規(guī)則建筑物提取特征點的工作，則要就其曲面特征加以提取，運(yùn)用曲面重構(gòu)算法，構(gòu)建多層感知器網(wǎng)絡(luò)，對現(xiàn)有建筑物體加以重構(gòu)。通過選用四層前向網(wǎng)絡(luò)將神經(jīng)元數(shù)目輸入并構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練期望值的辦法，來確定各個隱藏的神經(jīng)元數(shù)目，由此使得局面x、y、z坐標(biāo)值形成特定關(guān)系。此關(guān)系可使得重構(gòu)的曲面更為貼合已經(jīng)竣工完成的建筑物外部結(jié)構(gòu)特征。構(gòu)建三維模型以上作業(yè)完畢后，可將三維重采樣點作用與建模活動，并把點云數(shù)據(jù)以表面粘貼紋理的形式形成不規(guī)則的TIN三角網(wǎng)，從而保證所構(gòu)建的三維模型符合真實特征，更具有分析的價值，以此所形成的模型結(jié)構(gòu)，就能直接應(yīng)用于軍工規(guī)劃核實環(huán)節(jié)，從而真實反映出建筑物的各項特征。結(jié)束語綜上所述，將三維激光掃描應(yīng)用于建筑工程竣工規(guī)劃核實工作中，需要在實際應(yīng)用過程中完成外業(yè)數(shù)據(jù)的收集和處理任務(wù)，為達(dá)到提升外業(yè)自動化水平的效果，需要降低人工干預(yù)的程度，將此種技術(shù)所具備的精度高、同時處理信息量大的優(yōu)勢發(fā)揮出來。但此種技術(shù)的應(yīng)用時間較短，實際應(yīng)用中仍存在著高處細(xì)節(jié)難以直觀反映的問題，需要就此展開研討。參考文獻(xiàn)[1]楊必勝,梁福遜,黃榮剛.三維激光掃描點云數(shù)據(jù)處理研究進(jìn)展、挑戰(zhàn)與趨勢[J].測繪學(xué)報,2017,4610:1509-1516.[2]盧穎.基于三維激光掃描的橋梁檢測技