三维激光扫描技术在建筑测绘中的应用研究

三维激光扫描技术在建筑测绘中的应用研究

张光明

讯飞智元信息科技有限公司， 安徽 合肥 230088

摘要：随着科技的发展，在大数据时代和互联网时代，建筑工程正逐步赶上数字快车，并利用数据采集技术和软件开发技术赋予建筑测绘工作能力。现阶段将三维激光扫描技术应用于建筑测绘数据的采集，在扫描过程中不会接触到扫描对象，可以避免对建筑的损坏。数据采集过程中常用的扫描仪器包括地面三维激光扫描仪和手持三维激光扫描，在使用过程中，根据应用场景与对象不同，而选择适合的扫描方式，以获得最为精准完整的数据。依托三维激光扫描数据得到的建筑模型，在建筑三维模型中可进行多角度展示。基于此，本文就三维激光扫描技术在建筑测绘中的应用进行详细探究。

关键词：三维激光扫描技术；建筑测绘；技术应用

中图分类号：U231文献标识码：A

引言

在建筑工程过程中，经常需要确定尺寸、位置和标高等参数。随着社会科学、技术和经济的发展，计量技术手段也在日益更新。传统的建筑测绘主要通过现场人员测绘地形图来获取建筑数据，但建筑形式复杂多样。考虑到人员和其他因素的安全性相对较低。随着测量设备和测绘技术的发展和进步，三维激光扫描技术越来越多地应用于测量工作中。三维激光扫描技术以其获取点云快速、无接触、安全等特点，使人们从传统的人工单点数据获取变为面状获取数据，提高了数据获取的精度和速度，数据的处理向着智能化和自动化方向发展，在诸多领域都发挥了越来越重要的作用。

1 三维激光扫描技术的工作原理

三维激光扫描技术通过高速激光测距，实时测量空间三维坐标值，获取空间点云数据，更真实地还原被测对象的原始形状和外观，为建筑测绘提供了新的途径。三维激光扫描技术通过内部激光脉冲发射器向目标发送激光脉冲，发射的激光脉冲通过反射镜的旋转扫过被测目标，信号接收器接收从目标返回的激光脉冲。从每个激光脉冲发送到被测物体表面返回仪器的时间，可以得到被测物体到扫描中心的距离，同时，扫描控制模块可以测量每个激光脉冲的水平扫描角α垂直扫描角β，后处理软件计算被测点的相对三维坐标，然后将其转换为绝对坐标系中的三维空间坐标或三维模型。三维激光扫描技术是一门新兴的测绘技术，能够完整并高精度地重建扫描实物数据。该技术可以真正做到直接从实物中进行快速的逆向三维数据采集及模型重构，无需进行任何实物表面处理，其激光点云中的每个三维数据都是直接采集目标的真实数据，使后期处理的数据完全真实可靠。

2 三维激光扫描技术的应用优势

较之传统的测量技术，三维激光扫描技术具有更现代的特点，能够有效地利用该技术实现自动校正，且受时间和空间的约束较小。三维激光扫描技术可以采用非接触式扫描方式，不采用反射棱镜，直接实现对采集目标的三维扫描，从而获得相应的建筑数据，采集过程由扫描设备自动完成。此外，在使用三维扫描技术时，还可以超出实际测绘范围，从而保证获取数据的完整性和有效性。在进行相关扫描工作时，不需要绘制或测量测量范围，只需要在整体工作中进行部署和安排，以完成相关任务应用三维激光扫描技术可以利用扫描到光束，检查自身所发出的激光信号是否能够正常获取建筑物的相关位置信息。这样能够在相关扫描过程中不受到环境和建筑物遮挡因素的约束。三维扫描技术可以更加快速和准确地获取云数据，对建筑物的测量和相关目标进行高密度的数据采集，从而达到提高数据分辨率的目的，减少在测量过程中的遗漏情况。

3 三维激光扫描技术在建筑测绘中的应用

3.1 控制网测试

在采集点云数据之前，还应测试控制网，即平面控制网和垂直控制网。在控制网测试过程中，应根据建筑工程情况合理设置测量单位。通常，两个站和一个区段被视为一个测量单元。在建筑段两端合理布置和设置平面控制点和高程控制点。通过接触测量，获得平面控制点对应的平面坐标和高程控制点对应的高程值，并作为起点。控制点布置在建筑内部，两个控制点相距100米，既可以用作平面控制点，也可以用作高程控制点。在平面控制网测试过程中，可以选择导线测量与 LeicaTS50 测量机器人结合使用，对平面控制网进行测量和观测。在高程控制测试过程中，主要进行二等水准观测，可以选择 TrimbleDi-Ni03电子水准仪来开展。完成平面控制网和高程控制网的测量后，可以采用 COSA 平差软件，对其进行统一的平差处理，进而可以获取准确的三维坐标值 。

3.2 数据采集

在现场，通过平板电脑对背包扫描点云进行参数设置和实时监控，扫描工作是在三个人的合作下完成的，一个人负责携带移动背包扫描仪进行数据采集。测量时，根据预先规划的路线和实际情况，尽量选择信号良好的区域。当进入小巷或穿过高大的树木和建筑物时，提前了解实际情况，避免数据丢失或冗余。在信号较差的环境下，采用SLAM算法辅助定位和定向，当测量过程信号良好时，可随时暂停。另外一人负责扫描线路上障碍清理和交通指挥等工作，第三人负责看守基准站电台。数据采集完成后不能直接关闭仪器，要将扫描之前的步骤逆向再完成一遍，之后再静态2min完成静态接收操作。

3.3 数据处理

在办公数据处理过程中，点云拼接是一项非常重要的工作，也是办公数据处理中比较复杂的部分。点云拼接的准确性直接影响到内部数据处理的质量。在测量过程中，HD 3LS场景软件采用迭代最近邻配置算法，根据前后扫描顺序自动连接采集的激光扫描数据。当由于光扫描角度和环境的不同而无法实现自动拼接时，需要在软件中定义两站之间的特征点，以实现手动拼接。进一步检查拼接误差，确保拼接误差小于2cm。利用云点滤波软件可以有效地完成降噪工作。对于某些无法自动删除的影响点，可以使用多边形选择器设置噪声点，并手动实现噪声抑制。另外，在现场数据采集过程中，测站+后视模式用于辅助自由站设置模式，虽然它具有很好的测量效果，但获得的点云数据只是点编号和其他相关信息。对于控制点坐标，不会在现场施工中输入到系统中。这样，站点+后视模式采集的点云数据是独立的，自由站点设置模式获取的点云数据也是独立的，都存在于各自的坐标系中。因此，为了将二者所获得的点云数据整合到同一坐标系统下，工作人员要采用适宜的方式拼接点云数据。对于测站+后视模式所采集的点云数据，具体要按照RISCANPRO坐标文件格式编译点云数据，然后读入点云处理软件以及去噪点后的点云数据，点云数据在选取对应控制点后自动进入测量坐标系统，最后进入同一个文件，获取整体数据。

3.4 变形监测

建筑工程变形监测主要是测量建筑物上长期的点位移和形状变化，了解其变化，判断可能发生的破坏并加以预防。利用三维激光扫描技术监测建筑物的变形，可以在被测目标上确定几个特征点，在特征点位置设置标靶球，在保证一定扫描距离和点云密度的条件下，数据处理结果完全能够满足变形监测的要求。

结束语

综上所述，通通过三维激光扫描技术的实际应用，可以充分实现测图点的定位，并在短时间内收集大量测图点参数信息。可以实时采集测量距离和角度的测绘数据。为相关工程设计和施工人员提供更准确的施工坐标参数，整体测量效率较高。有效优化测绘人员的工作效果，为建设项目的建设打下了良好的基础。

参考文献：

[1] 张亚,山锋,王涛. 三维激光扫描技术点云数据采集与配准研究[J]. 地理空间信息,2021,19(3):24⁃27,6.

[2] 郑贤泽,朱艳军,陶旭. 三维激光扫描技术在地形测量中的应用分析[J]. 城市勘测,2021(1):106⁃109.

[3] 郑贤泽,朱艳军,陶旭. 三维激光扫描技术在地形测量中的应用分析[J]. 城市勘测,2021(1):106⁃109.