地面激光扫描技术在建筑变形测量中的应用苏积聪

地面激光扫描技术在建筑变形测量中的应用苏积聪

苏积聪

钦州市住房和城乡建设测绘院广西钦州535000

摘要：随着我国城市现代化进程的不断加深，城市中建筑群体越来越多，土地资源的紧缺使得建筑不得不向着高层甚至超高层的方向发展。高层以及超高层建筑的出现虽然在一定程度上解决了土地紧缺的问题，但是同时也给建筑的施工造成可极大的困扰。同时在建筑变形的测量上也造成了一定的困难。本文主要对建筑变形测量中地面激光扫描技术的应用进行了探讨分析。

关键词：建筑变形测量；激光扫描技术；应用

引言

激光扫描技术在建筑变形测量中的应用主要是利用了激光的测距原理，在不断的改变激光束在三维空间内的角度来获取建筑物表面的空间坐标，以此来确定建筑物在空间上的变形量。激光扫描技术是在上世纪九十年代才在实际应用领域取得重大突破的。激光扫描技术的实际应用彻底颠覆了出传统的单点数据采集测量模式，激光扫描技术完全实现了空间上连续获取点数据采集，使得测量数据的采集效率得到了极大的提高。激光扫描技术测量领域的已经完全属于前沿的科学技术。由于其先进性，在文物保护、建筑施工检验、地质灾害监测等方面都得到了广泛的应用。而且逐渐成为了而在城市建筑变形量测量领域中不可缺少的测量技术。传统的建筑变形测量技术造空间点的设置上数量较少，测量的实际数据也会受到来自天气等原因的诸多因素的影响，随着激光扫描技术的应用，对建筑并行量测量的效率也得到了极大的提高。

1.地面激光扫描技术的特点及工作原理

1.1地面激光扫描技术的特点

地面激光扫描技术作为一项测量领域的前沿技术，相较传统的测量技术具有很多的优点。主要由以下几个方面的内容。

（1）由于激光束的本质就光，因此在运行速度上激光束的运行速度较快，因此激光扫描技术在进行测量时往往速度较快，而且其测量速率也较高。

（2）地面激光扫描技术的的数据收集较为丰富，激光束的大量点数据形成点云坐标来对测量建筑进行表示，而且激光扫描技术还能将建筑表面的纹理等信息也进行反应。

（3）虽然地面激光扫描技术的测量精度会根据具体的激光扫描设备的差异而出现一些误差，但是整体的测量造技术上的准确性非常高，激光扫描技术能够将测量的精度控制在10mm-0.03mm以内。

（4）在利用地面激光扫描技术对建筑物进行测量时，建筑物与测量设备之间并没有实质的接触，因此能够很好的保护建筑外表。传统的建筑测量技术都需要事先经过埋点才能进行后续的测量工作，但是地面激光扫描技术不需要进行提前的埋点，因此在测量成本以及时间上都得到了有效的控制。而且也消除了因为埋设反射点而造成的安全隐患。

1.2地面激光扫描技术的工作原理

地面激光扫描技术主要是利用激光扫描仪的光学三角测量原理来对建筑物进行测量。作为光源的激光通过发射装置投射到建筑物的表面。在建筑的另一面设置光敏元件来进行激光束的能量脉冲测量。这样通过对激光束在两点之间的运行时间就就可以确定两点之间的距离。而激光束在不同点之间射线的角度就是激光扫描仪的角分辨率，激光扫描仪的角分辨率以及激光发射点跟光敏元件之间的距离会根据不同的测量用途而改变，在建筑物上设置的反射点越多，较分辨率越小，测量的结果就精度越高，对建筑物的描述越细致。

2地面激光扫描技术在建筑变形量测量中的应用

利用地面激光扫描技术对建筑的变形量进行测量的时候，主要的通过前期的准备工作、最佳测量点确定工作、点云数据的采集、数据的处理等几个阶段[1]。

2.1前期的准备阶段

在地面激光扫描技术的前期准备阶段主要是根据建筑物的现场情况首先进行测量作业的方案制定工作。主要是根据对建筑物的实际勘测数据，对建筑物变形测量点的数量以及位置进行确定，同时还要对参考坐标的位置进行确定。在保证测量精度的前提下加量的减少测量点的设置。这样能够有效的节约测量时间提高建筑物变形量测量的效率。

首先，在经过实际的准确勘察后，通过激光扫描全站仪在建筑物上建立激光检测作业控制网络，在合理的位置进行测量点位的埋设，同时完成光敏元件的设置，整个建筑物的监控网络包括平面控制以及高程控制两种，在进行建筑物的控制点选择的时候，要充分的考虑到可视性，保证光敏元件在激光束的射线路程上，同时还要保证点网的设置能够保证在仪器以及工作人员的观察视野范围内。同时在建筑的周边要建立围绕建筑主体的控制网。平面控制网的选择采用了自由的形式，因此平面控制网的坐标系为一个独立的工程测量坐标系。高程控制网同样是采用了自由网的实行，一般高程的设置都已3m为准。这样整个控制网络在空间上形成了一个闭合的交圈。而且整个闭合交圈的导线平均点位误差以及其闭合角度等参数都要经过严格的设置，这样才能将空间点位上对测量进度有较大影响的点位进行充分的弱化。与此同时还要保证测量仪器检验日期在有效的范围内，这样才能充分的保证整个测量结果可靠性。

2.2最佳测量点的确定

在完成建筑物控制网的建立后，要确定建筑物测量的最佳点位布置距离确定工作。激光扫描仪对建筑物的测量会随着测量点到建筑物距离的增大为出现精度越小的现象，同时激光扫描的工作噪声也会随着距离的增大而增大。图像采集的分辨率也会逐渐降低。而且不同的激光扫描设备的实际测量精度也存在较大的差异。因此，在实际利用激光扫描仪对建筑的变形量进行测量时，要根据实际的情况来对最佳布置点位进行确定。在确定使用的扫描仪的规格品牌后，首先在50m的距离上放置好标靶，然后以10m为差数，向标靶跟测量点之间布置5个位置的测设点，然后每一个点位上进行几次测试扫描，最终的最佳点选择以某一个点位上测量点数量以及测量精度都达到最优为准。

2.3点云数据的采集

完成最佳测量点的确定工作后，根据被测量建筑物实际的环境以及精度要求。选择合理的地面激光扫描仪对建筑进行扫描并不进行收据的收集。点云数据的收集要建立的一个很合理的基准面上，因此要在建筑物的首位设置不同的光敏元件来进行激光束的反射。通过对多个标靶的中心进行确定后得出的平面就是本次数据收集的基准面。数据收集完成后还要进一步进行数据误差的分析，这样才能充分的提高测量数据的精度[2]。

2.4数据的处理

经过两次激光扫描后，得到的点云数据要经过严格的对比分析，在某一组点云数据的横纵向截面的其中一个界面上选取两个不同的扫描面，经过计算就可以得出在一个相同的位置上不同扫描面之间点云的位移。这个位移量就是建筑物实际发生的变形量。截面的间距选择要根据实际建筑物的测量精度以及其后等影响因素的影响来确定，截面间距不同实际的点云密度也不同。

3结束语

地面激光扫描技术经过多年的发展后，在各个领域的测量中都得到了较为广泛的应用。在实际的建筑物的变形量测量工作中，地面激光扫描技术的应用不仅提高了建筑物变形量测量的精度，在经过严谨的数据处理后，变形量的计算结果具有较高的可靠性。完全能够满足实际建筑物变形量测量的要求。

参考文献

[1]林鸿,欧海平,王峰.地面激光扫描技术在建筑变形测量中的应用探讨[J].测绘通报,2016(06):73-76.

[2]李仁忠,刘洁.三维激光扫描技术在高层建筑变形监测中的应用[J].重庆建筑,2010,9(10):42-45.

[3]梁振华.高层建筑物变形监测技术方法现状与展望[J].长春工程学院学报(自然科学版),2013,14(03):8-10+14.