三维激光扫描+航空摄影重现老旧小区改造实景_陈莉.pdf

审计月刊/2023/4/总第420期为推动国家重大政策落实，襄阳市审计局探索研究三维激光扫描和航空摄影测量技术在老旧小区改造项目审计中的应用，利用新技术解决项目竣工图纸不完善、工程量无法准确计量的难题，提升审计质效。三维激光扫描技术是利用激光测距原理，通过记录被测物体表面大量密集点的三维坐标、反射率和纹理等信息，快速复建出被测目标的三维模型，便于审计人员快速提取改造房屋立面数据信息。航空摄影测量技术是利用无人机搭载航摄仪器对地面连续摄取像片，结合地面控制点测量、调绘和立体测绘等步骤，获得全面地形信息数据。三维激光扫描获得的点云数据和航空摄影产生的实景三维模型融合互补，具有快速性、可视化、高精度等特点，在土木工程、建筑检测、城乡规划等领域均有广泛应用。一、项目背景老旧小区改造涉及房屋多数在2000年以前建成，基础资料缺失，设计图纸和竣工图绘制不规范，外立面粉刷、屋面防水、道路铺装等改造内容未标注尺寸，工程量难以核实。针对老旧小区布局分散、密度较大、结构复杂等特点，审计人员采用三维激光扫描和航空摄影测量相结合的方式对使用资金占比较大的外立面粉刷、屋面防水及道路铺设工程量进行核实。二、数据准备（一）确定重点核查区域。改造范围内的老旧小区位置分散、数量众多，为提高效率，审计组结合建设单位和发改、财政、住建等部门提供的数据，梳理形成基本情况、资金拨付、工程进度等审计情况表，整理、分析改造楼栋数、建筑面积、改造内容等情况，选择改造面积多、资金占比大的外立面粉刷、屋面防水和道路铺装3项内容进行重点核查，统计被审计单位报送的结算工程量，便于后期数据运用。（二）提前踏勘测区状况。无人机航拍受建筑物周边环境、建筑物高度及天气等因素影响较大，为了保证测量结果的准确性，审计组成员和专业技术人员提前踏勘测区，了解交通情况、行政区划、控制点分布和建筑物高度等情况，检查区域内是否有影响作业安全的超高层建筑、塔吊、高压铁塔等地物，以便合理规划航线。（三）合理设计航飞方案。为满足精度需求，航飞重叠度设定为航向重叠度80%，旁向重叠度70%，飞行高度根据实际情况与超高地物保持一定的安全距离。根据云层厚度、光照强度和空气能见度等情况安排飞行时间，一般优先选择正午时段进行，此时太阳高度角最大，建筑物阴影最小，纹理细节最清晰。三、实施步骤（一）三维激光扫描技术应用步骤步骤一：数据采集及拼接。使用徕卡RTC360三维激光扫描仪，根据现场踏勘方案进行架站，采集房屋立面数据，现场扫描时可根据实地状况灵活增加测站，比如，经过狭窄通道时，为保证有足够的重叠度满足点云拼接，需适当增加测站点。采集过程中开启VIS视觉追踪技术和IMU惯导技术，实现点云数据自动拼接。现场通过iPad远程遥控，实时查看数据，防止数据遗漏缺失。步骤二：点云数据处理。一是进行点云数据拼接。一键导入扫描数据，利用徕卡Cyclone Register 360智能拼接软件与RTC360进行自动拼接，保证精度，通过点云数据去噪，得到每个测区的完整点云数据。二是点云数据格式转换。将Cyclone Register 360软件导出的.las格式点云数据转换为EPS三维测图系统可加载的.pcd格式点云数据。如图1。三是裁剪、剖面与投影。每一测区的点云数据为一个整体，因数据量过大，在采集前需对作业区域进行数据裁剪，只显示目标区域的点云数据，可提高加载速度。为避免透视投影造成的地物尺寸变形，还应对建筑物每个立面分别进行剖面切割和正射投影处理。四是矢量采集，导出数据。根据点云数据进行建筑三维激光扫描+航空摄影重现老旧小区改造实景陈莉李灿灿陈雯/襄阳市审计局实务研究30DOI:10.15882/ki.sjyk.2023.04.023 审计月刊/2023/4/总第420期物立面矢量信息采集，如建筑物轮廓、门窗轮廓等，并导出数据。五是实景三维立面测量。将前期采集数据导入EPS三维测图系统，利用实景三维模型进行立面测量。步骤三：外业调绘。激光扫描获取数据的方式为非穿透式测量，在数据采集过程中会因地物遮挡而产生小部分测量盲区。为保证数据的完整性，需对测量盲区进行外业调绘，查漏补缺。外业调绘完成后，将获取到的信息补充上图，完善并形成成果数据。（二）无人机航空摄影技术应用步骤步骤一：航飞数据采集。采用飞马D200多旋翼无人机搭载D-OP300倾斜测量模块获取测区倾斜影像数据。飞机升空作业后，飞手在地面站对飞机工作状态进行实时监控，关注飞行姿态、航高及速度等指标。航摄完成后应在现场下载POS数据并对航摄影像进行检查和整理，确保POS信息无遗漏，影像清晰。步骤二：数据处理。一是差分解算。利用飞马无人机管家“智理图”模块，对飞马D200获取的POS观测数据进行融合差分GPS解算，获得精准数据，再通过七参数坐标转换软件将WGS84坐标系转换为控制点所在坐标系，保证坐标系的统一。二是空三加密。差分GPS解算完成后，利用无人机管家“智拼图”模块，对倾斜数据进行基于高精度POS的空三加密。设置好倾斜影像与POS数据的对应关系后，对每张影像进行特征点检测和匹配，之后导出.xml格式的空三文件，导入ContextCapture软件中，加入控制点，手动调整控制点位置，将控制点与空三网联合平差，优化至合格数值。三是生成实景三维模型。空三加密完成后，在ContextCapture软件中经过格网切块、构建TIN网白模、自动纹理映射等流程，软件进行自动化建模作业，生产出测区的高精度实景三维模型成果。如图2.步骤三：立体测图。将经过空三加密后的影像数据导入MapMatrix软件，构建立体影像，进行立体测图，精确采集到小区内的道路边界、屋面防水铺设范围，进而求出对应面积，同时可判断道路铺装材料。如图3。图3立体测图步骤四：外业调绘。为保证数据的完整性，对于航飞拍摄中因遮挡产生的盲区进行外业调绘，查漏补缺。外业调绘完成后，将获取到的信息补充上图，完善并形成成果数据。四、效果及推广建议运用本案例方法，同步开展三维激光扫描和无人机航测作业，将倾斜摄影产生的实景三维模型与点云数据融合互补，弥补两类数据各自的不足，仅用时2天即可完成12万平方米的外业测绘，快速获取了精准数据，发现多计外墙粉刷、屋面防水、道路铺装面积等问题。通过审计，既促进了惠民政策落实，又规范了中介机构执业行为，提高了资金使用效益。为确保测量数据的准确性，在此类项目中运用测绘技术时应注意以下三点：一是根据项目特点设计外业扫描测站路线，以尽量少的测站覆盖整个测区，可选取20至30米范围的测距，将测站设在较高的位置，正对建筑物进行扫描，以获取较多目标点；二是地面式三维激光扫描仪的站点视角高度较低，对于凸窗上沿的信息获取不足，需要结合实景三维模型对房屋立面中的其他部分信息进行补充；三是本项目获取数据的方式均为非穿透式测量，在数据采集过程中不可避免因地物相互遮挡而产生测量盲区，需要进行外业调绘，查漏补缺，确保数据的完整、准确。图2实景三维模型细部展示图1加载完成的点云数据实务研究31