三维激光扫描技术在园林绿化竣工测量中的运用研究

李东杰

（乌兰察布市园林防灭火队，内蒙古 乌兰察布 012000）

伴随着新时代的到来，越来越多的先进技术被广泛应用于人们生产生活之中，并且发挥非常重要的作用。就以三维激光扫描技术来讲，该项技术具有诸多优势，比如穿透性较强、数字化处理、自动化处理、测量精准度较高等等，这使得该项技术被应用于军事、测绘、工程、交通等领域之中。基于此，在园林绿化竣工测量要求较高、测绘点较多的情况下可积极引用三维激光扫描技术，进行自动化测量，获得精准度较高的测量数据，为竣工验收提供参考依据。

1 三维激光扫描技术的概述

三维激光扫描技术又称为实景复制技术，它产生于上世纪九十年代，是测绘领域中推出GPS技术之后的又一技术革命。在测绘领域之中能够进行高速激光扫描测量，获得面积较大、分辨率较高的事物表面各个点的基本信息，包括各个点的坐标轴、反射率及所呈现的颜色等，与此同时在大量数据信息的支持下能够对数据信息予以整合应用，从而构建1:1真彩色的三维点云模型，能够支持多项工作，比如数据统计分析、内业处理等，可极大程度上提高工作质量和效率。与传统的单点扫描相比较，三维激光扫描技术的优势非常明显，比如适用性较强、扫描速度较快、穿透性较强、不需要接触扫描对象、密度与精度较高、支持数字化操作、支持自动化操作、支持实时数据获取等等。当然，三维激光扫描技术之所以能够有效应用，主要是因为该项技术在具体应用的过程中，确定目标对象，即可设置关于目标对象的完整的三维坐标数据测量，从而获得全景点坐标数据，这是因为该项技术利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。正因如此，三维激光扫描技术被广泛地应用于诸多领域之中，比如建筑检测、交通事故处理、土木工程、船舶设计、数字城市、军事分析等等，发挥着不可忽视的作用。

2 园林绿化竣工测量技术应用要求

在“绿水青山就是金山银山”环保理念下，国内城市建设朝着生态化方向迈进。为了能够促进人与自然和谐共处，也为了改善城市环境，目前城市建设之中越来越重视园林绿化工程建设。而从以往工程建设实践结果来看，诸多因素影响园林绿化建设质量。所以，加强园林绿化竣工测量是非常有必要的，能够提高竣工验收的准确性。

园林绿化竣工测量的基本特点是需要采集的测量要素较多、采集要素的属性较杂、测量精确度要求较高等等。这就需要所选用的测量技术及配套设施在具体应用的过程中能够对不同树木、色块、植被、草坪、水生植物、园林设施、园路、建筑物、水体等要素予以采集；需要对绿化属性予以确定，比如植物名称、植物高度、植物种植面积、植物生长情况、不同树木树穴类型、冠径大小等等；需要保证点状要素的坐标位置误差应当小等于0.5m，面状要素坐标位置的误差应当小等于1m，树径丈量中误差一般要求小等于1cm，冠径丈量的误差应小等于0.5m；树高测量误差应当小定于1m。

3 园林绿化竣工测量中三维激光扫描技术的有效应用

3.1 园林绿化数据外业采集

在利用三维激光扫描仪来进行园林绿化数据野外采集，要求：（1）在每个绿化测量片区周边进行测量，合理设置图根控制点，并且尽可能地提高控制点平面精度和高程精度，使之5㎝范围内，在每个图根点上设置仪器设备，之后三维激光扫描，那么能够实现点云数据的坐标系统定位。（2）在利用三维激光扫描仪来具体扫描园林绿化要素，需要遵循最少测站下覆盖全区域的原则，所以相关工作人员需要特别注意优化设置现场测站的位置，在保证全区域测量的情况下设置的现场测站最少。（3）采用球形靶标作为扫描的同名点，便于后期点云数据的自动匹配。而为了能够做到这一点，需要相关工作人员能够在两个现场测站之间至少要设置3个公共的球形靶标，并且合理设置球形靶标的位置，促使点源配准自动识别更加准确，能够真正做到精准扫描。（4）在对园林绿化区域内的建筑物进行激光扫描的过程中需要将多层建筑作为后期点云数据配准的公共面，以便能够对多层建筑的采集点进行坐标系统定位，使得激光扫描能够快速且准确的展开，减少作业时间。（5）采油适合的软件与三维激光扫描仪相连，以便将三维激光扫描于获取到的点云数据直接上传至软件，可直接利用软件的数据分析功能，对点源数据加以处理、保存。

3.2 园林绿化点云数据处理

园林绿化点云数据处理是否合理，是否有效，在一定程度上决定园林绿化竣工验收能否更加合理的展开。出于精准验收的考虑，相关工作人员需要选用功能齐全且适合的点云测图软件对所获取的园林绿化数据加以处理，也就是能够直接利用该软件测量园林绿化内不同树木的点位、树高、冠径等要素边线。在具体应用点云测图软件来处理数据之前，需要相关工作人员特别注意的是进行文件格式转换，如若前期文件格式不一致，那么后续点云数据处理之中可能受文件格式影响，导致某些数据丢失或者某些数据整合不到位等情况发生。在具体利用点源测图软件来进行园林绿化数据处理的过程中，首先需要设置园林绿化属性要素文件，也就是统一设置模板数据，基于统一的属性参数，来对点云数据进行转换处理，比如统一采集高度约1.3m的树径，如果存在有利于树木下面种植有色块的，需要对设置的采集树径高度进行重新的调整。此时需要工作人员在软件上对下方没有色块的树木和下方有色块的树木位置加以捕捉。在这一过程中首先对园林绿化之中的乔木位置加以捕捉，之后进行小乔木以及灌木位置的捕捉。如若这一过程中未能准确的捕捉树木的位置，那么需要借助软件的编辑功能手绘树木点位。三维激光扫描仪应用的过程中也可能存在不能准确辨别某些树木的确切点位，此时需要工作人员基于三维视图和全景影像来判断树木的位置，进而获取到树木的点云数据。如若园林绿化之中树冠影响道路或者树木下方色块，导致点云平面图难以清晰地呈现出路边线和色块边线时，需要将树冠的点云按照pos高度过滤隐藏，进而将路边线和色块边线呈现出来并加以提取。利用软件导出外业调查工作底图，在该图上详细的标注出不同属性数据，比如树径的点云数据、树高的点云数据、冠径的点云数据等等，并且套合地形图及正射影像数据，如此能够为相关竣工验收人员提供详细的树木名称及相关数据，以便其能够对不同树木的树茎、树高、树冠等进行测量，对比分析园林绿化工程建设是否符合相关规范要求。

3.3 精度评估和效率分析

相关工作经验表明，利用三维激光扫描仪来采集园林绿化数据，对不同树木点云数据的精准度加以检验。经过详细的统计计算，可知不同树木位置、冠径以及树高等要素的数据误差均在允许范围之内；对比三维激光扫描仪进行的树径测量和树径尺测量的数据，分析三维激光扫描仪应用的情况下竖径测量数据是否精准，结果显示竖径测量的误差范围在±0.25cm之间，这一精准度达到园林绿化竣工测量技术应用要求。所以从精准度的角度来讲，三维激光扫描技术适合应用于园林绿化竣工测量之中。

目前园林绿化竣工测量之中，三维激光扫描技术的应用主要是进行外业数据扫描、内业数据处理以及外业现场核查三个部分，这三个部分分别占总工作量的30%，30%以及40%，这充分说明了合理地利用三维激光扫描技术来进行竣工测量能够在一定程度上提高工作效率，减少劳动力，获得准确的竣工验收结果创造了条件。

4 案例研究

按照某市园林绿化地理信息系统的要求，园林绿化竣工测量需要对规格树木，信息规格树木与冠县关系信息，绿地属性，信息，利率覆盖厚度情况信息等方面加以掌握。为了保证本次园林绿化竣工测量能够获得到精准度较高的信息数据，相关负责人组织测量人员利用Trimble TX8激光扫描仪来展开该项工作。该扫描仪采用超高速脉冲激光每秒扫描点，可达到100万个最大侧层距离约为340m集成了内置相机，可在两分钟之内获取到全景H DR图像并且快速地生成点云数据。

4.1 规格树木数据信息的采集

在具体利用激光扫描仪来进行规格树木扫描之前需要相关工作人员能够明确园林部门的要求，掌握规格树木的标准，也就是垂直于树木种植地，平面约1.2m的树干，胸径大于20cm的树木。进而合理的现场测站，利用激光扫描仪对规格树木进行扫描，采集云点数据，具体包括规格树木的空间位置、树径、树种、地址等。在具体进行规格树木点云数据采集的过程中可同时对已经竣工的规则且多层建筑的云点数据加以采集，同样是先定位规则，多层建筑的坐标系统，设置采集点，进而全面扫描建筑物，采集云点数据。如此即可实现规格树木以及建筑的同步测量确保坐标系的统一，同时也能够提高数据采集的精准度。另外，一次性测量可减少仪器重复使用。

4.2 规格树与管线关系数据采集

园林绿化地理信息系统之中地下管线数据是规格树木信息的重要组成部分，为了能够更加全面地了解地下管线能否会给规格树木的成长带来一定的负面影响，在本次园林绿化竣工测量之际，还需要对规格数与管线关系数据进行采集。也就是利用激光扫描仪及辅助设施来进行园林绿化范围内的管线的云点数据采集。这需要相关工作人员首先要对园区内管线部署情况加以明确，按照激光扫描仪的应用要求，合理地规划管线测量片区，进而合理地设置仪器架设的位置，利用仪器进行全区范围内的管线扫描，从而掌握排水、天然气、通信等方面的管线的点云数据。

4.3 绿地属性数据采集

本次利用激光扫描仪来进行绿地属性数据采集的过程中主要是对绿地编号绿地面积，所属区域、卷权属单位利率类别等方面数据信息加以采集。绿地编号及社区是赋予每块绿地的编号，对于这部分信息的采集，主要是需要工作人员向甲方询问绿地的权属单位及所属社区之后进行相关数据的查询。

4.4 园林绿化数据的处理

在采集到园林绿化竣工测量相关数据的情况下，为了能够有效地整理数据，并且完整的保存到园林绿化地理信息系统之中，相关工作人员利用Arc GIS软件进行数据的自动化处理。

（1）在具体利用软件识别不同园林绿化要素的云点数据之前首先需要进行统一的文件格式设置，之后利用软件的空间分析功能，对垂直相交的规格树木的匀点数据及管线的源点数据加以识别，第2填写到规格树木与管线信息属性表之中。

（2）利用软件的图形编辑功能，对整合本次所采集到的园林绿化竣工测量数据，生成1:500的地形图，即数字线画图，也就是以点线面或者地图特定图形符号，将地形图之中涵盖的园林绿化要素加以标。

5 结语

经本文分析，园林绿化竣工测量技术要求较高，传统单点扫描方法并不适用于园林绿化竣工测量，容易造成测量误差较大、测量精准度不高、测量效率较低等情况发生。对此，应当利用三维激光扫描技术来代替传统单点扫描方法，应用于园林绿化竣工测量之中，能够满足测量要求，获得精准的数据信息，为更加科学合理地进行竣工验收提供参考依据。