三维激光扫描仪在建筑立面测绘中的应用

三维激光扫描仪在建筑立面测绘中的应用

苏法景

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摘要：目前，我国正处于飞速发展的全新时期，矿山企业及矿山测量工作也将面临新的机遇和挑战。矿山测量的主要工作包括地面测量和井下测量，一直以来我们延续矿山测量的任务包括建立矿区地面控制网并绘制矿区地形图；对矿区内地面附着物进行测量，绘制矿区平面图；对井下各类工程进行施工控制和竣工测量等。基于此，以下对三维激光扫描仪在建筑立面测绘中的应用进行了探讨，以供参考。

关键词：三维激光扫描仪；建筑立面测绘；应用

引言

随着我国城市化进程的加快，改善人类住区环境的需求越来越迫切，许多城市规划、门面改造、旧城改造、建筑物改造和城市发展项目相继实施。还越来越需要绘制建筑立面图，并控制建筑外部立面、建筑楼层平面和立面的现状。但是，目前绘制建筑立面图的常用方法是使用人工收集建筑立面关键位置的三维坐标、详图索引尺寸、立面照片等。，使用完整设备、电表、真皮脚、相机等。，然后使用外部绘制的草图或影像资料，手动绘制内部建筑立面。

1三维激光扫描技术概述

近几年备受关注的三维激光扫描技术突破了传统测量中单点测量的模式，该技术通过发射激光来扫描被测物，以获取被测物体表面的三维坐标，其巨大优势就在于可以大面积高分辨率快速扫描被测物体，扫描不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据进行三维建模和虚拟重现，因此该技术被称为实景复制技术，作为当今时代的先进测量技术，其高精度、高效率的特点为矿井测量提供了新的思路、新的途径。

2基本原理

三维激光扫描技术又被称作“实景复制技术”，是利用激光测距的原理，通过高速测量记录被测物体表面大量密集、离散点的坐标、反射率和纹理等三维空间信息，快速重构出被测物体的线、面、体、空间等各种三维模型与制图数据的一种测量技术。它突破了传统测量方法只能单点测量的限制，同时在测量效率化、精度化、数字化、自动化以及主动性、穿透性、不接触性等方面表现出了极大优势，良好的解决了当前空间信息技术发展的颈瓶，被公认为测绘领域继ＧＰＳ技术之后的又一次技术革命。

3三维激光扫描仪在建筑立面测绘中的应用

3.1立面图绘制

1)建筑立面编号绘制立面前，对建筑立面进行编号，将方位索引编号标记到地形图对应建筑的各个立面，一个立面如果有多个折面，则加上数字编号。图名按照测区名称+建筑编号+方位索引编号的格式进行命名，如叠山路1#北1立面图。2)立面图绘制将其他格式的点云数据导入到AutodeskＲe Cap软件中，生成rcp格式的点云后再导入到绘图软件中，通过设置用户坐标系UCS(User Coordinate System)，将所选建筑立面垂直投影到正视图上。

3.2外业数据测量

先在测区做好控制点，采用全站仪正镜和倒镜在地下室里确定支点，然后搬至地下室内，用全站仪测量地下室内部特征点和地下室标高，完成地下室的绝对定位。之后，便用徕卡BLK2GO手持三维激光扫描仪进行三维数据采集和测距仪进行边长量取，所以本次工程安排2个小组进行作业。一组用BLK2GO手持三维激光扫描仪采用SLAM技术进行定位，初始需要选择适合的空间环境和行走路线，然后将BLK2GO连接手机APP，通过手机现场查看扫描点云的二维平面视图和三维点云视图，可以清楚直观地看到自己行走的路线和扫描进度。由于本次工程的地下室面积不算太大，负一层面积约为7800m2，负二层面积约为7500m2，而且负一层和负二层的外围一样，所以本次扫描共扫三站，负一层扫一站，负二层扫一站，负一层和负二层连接的车库坡道扫一站。单独扫描负一层和负二层，可以看出两层外围是否符合设计，负一层和负二层同时扫描就可以连接两层的关系，确保两层之间有数据交集，便于检核和拼接。另一个小组用测距仪测量地下室内部边长，通过用三维激光扫描仪和测距仪共同完成本次工程地下室的测量。

3.3数据处理

外业三维激光扫描工作完成后，内业时把各个测站的点云导入徕卡Cyclone软件中处理拼接为完整点云。1)点云拼接点云拼接是通过一定的约束条件，将多站扫描数据配准到统一坐标系中的过程。点云数据采集的过程中，已经基于视觉追踪技术进行了预拼接，数据导入到Cyclone后，会以点群的方式显示。对预拼接的点群进行精度检查后，再通过视图拼接的方式依次将相邻两个点群进行拼接，拼接完成后优化约束条件，在精度满足要求的情况下冻结生成Scan World与Model space，最终完成拼接。2)点云统一化点云统一化是对点云进行优化的一种处理方式，目的是将整个Model Space中的多站点云数据统一处理为单一的合并点云。各站点云数据拼接在一起，会造成点云数据的重叠，点云融合的目的就是根据点云归一化算法将重叠点云进行优化的过程。统一化处理完成后，点云的浏览、选择等操作都会在原有的基础上变得更加流畅。

3.4高程误差改正模型

高程的点位精度直接关系到三维激光扫描仪技术是否能够应用于地铁暗挖隧道沉降变形的监测项目中，因此对点位的高程精度提出了很高的要求，其中《GB/T50308—2017城市轨道交通工程测量规范》要求的点位高程位移平均速率控制值为2mm/d，从扫描结果上看，未经改正的点位高程并未达到规范要求，所以要对高程误差进行改正；由上述系统点位精度与高程误差方差及贡献率分析可知，测距是影响高程误差最主要的因素，也可以看出，高程误差与测距同样表现出相关性，由此采用与测距改正误差模型相同的基线比较模型方法对高程误差进行平差。

3.5全站式三维激光扫描仪

全站式扫描仪不仅是一台毫米级精度、测角精度１ｓ、自动追踪照准棱镜的高精度全站仪，同时又是一台高速激光扫描、全景扫描＋内置广角相机的三维激光扫描仪；既可以进行高精度的自动化测量，也可以实现精细扫描。其巨大优势就在于可以直接定位绝对坐标并通过三维激光扫描技术快速扫描被测物体，扫描不需反射棱镜即可直接获得被测井巷工程高精度的扫描点云数据，在获取井巷工程点云数据后进行点云自动拼接，通过配套软件进行数据处理，建立矿山三维可视化模型。全站式扫描仪采用导线测量的方式进行，即架站完毕后，通过选择测站点及后视点三维坐标，选择点云扫描，便可以快速获取该测站的井巷工程点云数据，通过全站仪功能，可以获取下一个控制点的三维坐标，以此类推获取整个井巷工程点云数据，测量过程中至少需要两个已知控制点。

结束语

三维激光扫描技术在建筑物立面测绘中的应用，阐述了外业作业流程以及内业数据处理步骤，对精度进行了验证。结合项目实践，对作业过程需要注意的事项进行了总结，希望对类似项目有借鉴意义。采用三维激光扫描仪进行建筑立面测绘，不仅作业效率高，精度也可满足要求，因此越来越受到测绘同行的青睐。

参考文献

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