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【摘 要】作为一种空间信息数据获取的新技术手段，三维激光扫描测量技术与传统测绘手段相比具有无可比拟的优势。目前，三维激光扫描测量技术在工程测量中的应用越来越广泛，三维激光扫描仪的使用频率也在不断增加。但在实际运用时，受外业环境遮蔽等因素影响对扫描仪的设站灵活程度也有了更大的考验。
【关键词】三维激光扫描仪;后方交会方法;应用
引言
后方交会法首先出现于测绘地形图工作中，测量上称为“三点题”，是用图解法作为加密图根点之用。后来随着解析法、公式法的出现，在工程建设控制测量中也经常被采用。利用后方交会可以实现自由设站，应用范围之广说明了此法的实用性很强。
如上所示为全站仪的后方交会方法，将仪器架在 P 点上，将望远镜对准 A 点，输入 A 点的坐标，在 A 点立棱镜，测出 P 点至 A 的平距，然后将望远镜对准 B 点，输入 B 点的坐标，在 B 点立棱镜，测出 P点至 B 的平距，这时候全站仪就能计算出 P 点的坐标。既然全站仪可以通过两个已知点位置确认自身方位，那三维激光扫描仪是否可以运用此原理来确定被测物体方位，从而实现拼接呢？
在三维激光扫描的作业过程中，往往我们对于两站间的拼接就需要三张标靶，这似乎已经成为基本常识了，那有没有其它的方式可以减少张贴标靶的数量呢？本文将会运用Trimble Realworks点云处理软件进行扫描仪后方交会建站的一般研究。其优势不仅可以较少的张贴标靶，消除累积误差，提高点云精度，并对改变传统拼站模式提供了其它可能。
1.测试
首先在位于项目部的北侧主楼墙和南侧食堂墙面上放置了两张标靶。经测算，两张标靶相距73.8m。随后在项目部的院子中对不同位置放置三维激光扫描仪三次，获取3站扫描数据。
将所测得的点云加载后进入后方交会建站页面，会在第一步显示所在测站即正在进行测站的设置过程，在第二步中输入仪器高并记录在测站测试中。传统后方交会方式中除被测物坐标外，还需量取与被测物的平距，但在三维激光扫描领域可以运用点云数据测量进行代替。
输入仪器高后即完成了第二步，接下来第三步为提取目标。此时我们要做的就是将所需要拼接的测站内标靶进行提取，值得注意的是一定要分清楚并备注每一张标靶的位置，确保在定义后视时符合逻辑关系，才能将测站进行拼接，这一点至关重要。
例如我对第一站的两张标靶分别标注为“主楼1”及“食堂1”，将第二站标注为“主楼2”及“食堂2”，将第三站标注为“主楼3”及“食堂3“，并符合以下表中规则进行第四步的标靶选定。
这个规律类似水准测量中的前后视规律，以此类推进行站与站的拼接，得到完整的点云成果，并可以看到在其残差仅为2.51mm。并对其点云成果进行切片对比，没有出现点云分层的现象，说明了此种方式常规作业的可能性。
2.问题与设想
尽管在标靶数量上已做到了两张标靶，并且拼站效果喜人，但这只是限于一定有效空间内的扫描作业，即重复环境拼接中减少了一张标靶纸。往往我们在面对很多长距离线性扫描时因为要面临传递还是要贴不少的标靶，只是如今标靶数量减少了三分之一而已。果真如此吗，在一定空间也好，长距离空间也罢，其区别在于前者标靶传递方式多样且稳定，而后者的标靶传递方式单一且易于积累误差，如果可以在后方交会建站的基础上让标靶坐标的传递灵活起来，才是完美的解决方案。
在后方交会建站页面中输入仪器高这个问题上，也可以选择不输入或为0，原因为后方交会的两个标靶以及扫描仪所一直保持的垂直姿态，已经构成交会的必要条件。同理，那我们在将点云数据套入道控制点系统时是否有两个控制点就足够了？经过测试，答案是允许的。
两张标靶进行坐标转换就可以让其传递不再受其它测站标靶的干扰，并依靠这两张标靶进行后方交会建站，使标靶传递方式更多样（两站内直接后方交会，两站外分组后进行坐标拖移，整体数据可以在Realworks软件中进行精调），并由于只受坐标误差影响从而消除了累积误差。并且，任意切换扫描位置，不用考虑任何拼接不上的情况，也不用因为一些单纯为了连接而扫不需要的重复数据造成多余劳动量反而降低了精度的尴尬情况。
从上图中我们可以很直观的看到运用后方交会建站时连接性测站数和标靶数都在减少。下面我们以实例来阐述其优点。
3.运用
3.1准备工作
因后方交会建站的便利性，非常适合运用在大面积扫描方向，例如本次在机场的飞行区地块扫描。全程将使用两张传统标靶纸贴在对中杆上使其可以重复移动。并使用天宝SPS930全站仪对其进行测量并获取坐标，现场基准使用项目控制点，对其进行校验误差在5毫米以内。
3.2实施过程
飞行区扫描仪建站示意
结合现场进行合理选点，并使用120m有效测距的天宝TX8扫描仪进行作业。本次标靶间隔选定为60m，结合飞行区地块大致横向长300m，共将标靶放置6次，两两为一组共三组。开始扫描时，只需要保证扫描仪可以看到每组的两张标靶，并在一旁的全站仪及时进行标靶打点就可以了。内业处理时，在组内运用后方交会建站功能保证一组数据的准确性，组与组之间通过全站仪打点进行控制点坐标和点云的两两匹配。
3.3调整过程
尽管现在可以基本满足点云拼接，但在内业处理时经常发现由于距离和角度的不理想，标靶识别不在中心的情况，这就是出现点云重影或分层的重要因素。故此，需要进行平面调整使两个标靶识别中心重叠在一起，这里可以运用精细化配准进行自动强制拟合，也可以进行手动调整。
两个标靶进行目标配准时，往往会出现其中一个或两个标靶残差值都过大的情况。这时，我们可以参照全站仪控制点的位置，判断出具体残差较大的标靶，并向其相应方向移动。在出现残差值的视图下拖动平面光标，结合变动的残差值进行动态调整，使两个标靶残值减到最小，即被认为是最正确的值。在完成此系列的处理后得到的完整的点云數据，就可以进行后续的点云成果运用了，本次使用后方交会建站的方法测得了较为准确的飞行区地块面积。
4.结语
综上所述，将三维激光扫描技术与后方交会建站原理进行结合可以有以下特点：（1）两张标靶配准时如果残差较大可以参考坐标点进行有目的性的动态调整;（2）两张标靶进行后方交会建站即可完成点云配准，外业工作量减少且成果依旧可靠;（3）两张标靶形成的独立系统内可进行坐标点的平移旋转，此种方式可消除多站拼接带来的累计误差。
参考文献
[1]周昌义.全站仪后方交会原理与经纬仪后方交会原理的异同[J].科协论坛（下半月），2010（11）：97.
[2]肖正伟.三维激光扫描测量技术在工程测量的应用[J].砖瓦，2020（06）：101-102.
[3]刘昌霖.三维激光扫描测量技术探究及应用[J].科技信息，2014（05）：61+35.
【关键词】三维激光扫描仪;后方交会方法;应用
引言
后方交会法首先出现于测绘地形图工作中，测量上称为“三点题”，是用图解法作为加密图根点之用。后来随着解析法、公式法的出现，在工程建设控制测量中也经常被采用。利用后方交会可以实现自由设站，应用范围之广说明了此法的实用性很强。
如上所示为全站仪的后方交会方法，将仪器架在 P 点上，将望远镜对准 A 点，输入 A 点的坐标，在 A 点立棱镜，测出 P 点至 A 的平距，然后将望远镜对准 B 点，输入 B 点的坐标，在 B 点立棱镜，测出 P点至 B 的平距，这时候全站仪就能计算出 P 点的坐标。既然全站仪可以通过两个已知点位置确认自身方位，那三维激光扫描仪是否可以运用此原理来确定被测物体方位，从而实现拼接呢？
在三维激光扫描的作业过程中，往往我们对于两站间的拼接就需要三张标靶，这似乎已经成为基本常识了，那有没有其它的方式可以减少张贴标靶的数量呢？本文将会运用Trimble Realworks点云处理软件进行扫描仪后方交会建站的一般研究。其优势不仅可以较少的张贴标靶，消除累积误差，提高点云精度，并对改变传统拼站模式提供了其它可能。
1.测试
首先在位于项目部的北侧主楼墙和南侧食堂墙面上放置了两张标靶。经测算，两张标靶相距73.8m。随后在项目部的院子中对不同位置放置三维激光扫描仪三次，获取3站扫描数据。
将所测得的点云加载后进入后方交会建站页面，会在第一步显示所在测站即正在进行测站的设置过程，在第二步中输入仪器高并记录在测站测试中。传统后方交会方式中除被测物坐标外，还需量取与被测物的平距，但在三维激光扫描领域可以运用点云数据测量进行代替。
输入仪器高后即完成了第二步，接下来第三步为提取目标。此时我们要做的就是将所需要拼接的测站内标靶进行提取，值得注意的是一定要分清楚并备注每一张标靶的位置，确保在定义后视时符合逻辑关系，才能将测站进行拼接，这一点至关重要。
例如我对第一站的两张标靶分别标注为“主楼1”及“食堂1”，将第二站标注为“主楼2”及“食堂2”，将第三站标注为“主楼3”及“食堂3“，并符合以下表中规则进行第四步的标靶选定。
这个规律类似水准测量中的前后视规律，以此类推进行站与站的拼接，得到完整的点云成果，并可以看到在其残差仅为2.51mm。并对其点云成果进行切片对比，没有出现点云分层的现象，说明了此种方式常规作业的可能性。
2.问题与设想
尽管在标靶数量上已做到了两张标靶，并且拼站效果喜人，但这只是限于一定有效空间内的扫描作业，即重复环境拼接中减少了一张标靶纸。往往我们在面对很多长距离线性扫描时因为要面临传递还是要贴不少的标靶，只是如今标靶数量减少了三分之一而已。果真如此吗，在一定空间也好，长距离空间也罢，其区别在于前者标靶传递方式多样且稳定，而后者的标靶传递方式单一且易于积累误差，如果可以在后方交会建站的基础上让标靶坐标的传递灵活起来，才是完美的解决方案。
在后方交会建站页面中输入仪器高这个问题上，也可以选择不输入或为0，原因为后方交会的两个标靶以及扫描仪所一直保持的垂直姿态，已经构成交会的必要条件。同理，那我们在将点云数据套入道控制点系统时是否有两个控制点就足够了？经过测试，答案是允许的。
两张标靶进行坐标转换就可以让其传递不再受其它测站标靶的干扰，并依靠这两张标靶进行后方交会建站，使标靶传递方式更多样（两站内直接后方交会，两站外分组后进行坐标拖移，整体数据可以在Realworks软件中进行精调），并由于只受坐标误差影响从而消除了累积误差。并且，任意切换扫描位置，不用考虑任何拼接不上的情况，也不用因为一些单纯为了连接而扫不需要的重复数据造成多余劳动量反而降低了精度的尴尬情况。
从上图中我们可以很直观的看到运用后方交会建站时连接性测站数和标靶数都在减少。下面我们以实例来阐述其优点。
3.运用
3.1准备工作
因后方交会建站的便利性，非常适合运用在大面积扫描方向，例如本次在机场的飞行区地块扫描。全程将使用两张传统标靶纸贴在对中杆上使其可以重复移动。并使用天宝SPS930全站仪对其进行测量并获取坐标，现场基准使用项目控制点，对其进行校验误差在5毫米以内。
3.2实施过程
飞行区扫描仪建站示意
结合现场进行合理选点，并使用120m有效测距的天宝TX8扫描仪进行作业。本次标靶间隔选定为60m，结合飞行区地块大致横向长300m，共将标靶放置6次，两两为一组共三组。开始扫描时，只需要保证扫描仪可以看到每组的两张标靶，并在一旁的全站仪及时进行标靶打点就可以了。内业处理时，在组内运用后方交会建站功能保证一组数据的准确性，组与组之间通过全站仪打点进行控制点坐标和点云的两两匹配。
3.3调整过程
尽管现在可以基本满足点云拼接，但在内业处理时经常发现由于距离和角度的不理想，标靶识别不在中心的情况，这就是出现点云重影或分层的重要因素。故此，需要进行平面调整使两个标靶识别中心重叠在一起，这里可以运用精细化配准进行自动强制拟合，也可以进行手动调整。
两个标靶进行目标配准时，往往会出现其中一个或两个标靶残差值都过大的情况。这时，我们可以参照全站仪控制点的位置，判断出具体残差较大的标靶，并向其相应方向移动。在出现残差值的视图下拖动平面光标，结合变动的残差值进行动态调整，使两个标靶残值减到最小，即被认为是最正确的值。在完成此系列的处理后得到的完整的点云數据，就可以进行后续的点云成果运用了，本次使用后方交会建站的方法测得了较为准确的飞行区地块面积。
4.结语
综上所述，将三维激光扫描技术与后方交会建站原理进行结合可以有以下特点：（1）两张标靶配准时如果残差较大可以参考坐标点进行有目的性的动态调整;（2）两张标靶进行后方交会建站即可完成点云配准，外业工作量减少且成果依旧可靠;（3）两张标靶形成的独立系统内可进行坐标点的平移旋转，此种方式可消除多站拼接带来的累计误差。
参考文献
[1]周昌义.全站仪后方交会原理与经纬仪后方交会原理的异同[J].科协论坛（下半月），2010（11）：97.
[2]肖正伟.三维激光扫描测量技术在工程测量的应用[J].砖瓦，2020（06）：101-102.
[3]刘昌霖.三维激光扫描测量技术探究及应用[J].科技信息，2014（05）：61+35.