简述三维激光扫描在建筑规划竣工测绘中的应用

简述三维激光扫描在建筑规划竣工测绘中的应用

陈后艳

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摘要：在科学技术迅速发展的背景下，三维激光扫描技术的应运而生，为多个领域的发展与建设创造了有利的条件。本文通过分析三维激光扫描技术在建筑竣工测量中应用，研发出一种高效可行的操作方案，在实际应用过程中取得了较好的成绩。静态三维激光扫描技术存在搬运困难等特征，在实际运用之前需要做好相关准备工作。为了确保该技术可在建筑规划测绘部领域的广泛应用，推动建筑行业的健康发展，相关企业需要借鉴国内外的先进技术，并进行深入研究。

关键词：三维激光扫描；建筑规划；竣工

1 建筑规划竣工测量技术指标

1.1 测量精度要求

（1）平面精度。

根据当地建筑发展状况、建筑测绘相关标准要求，严格按照地理建筑物特征的精度要求将地物划分成一类、二类、三类，各精度级别中存在较大的差异性。

（2）高程精度。

指房屋的高度精度在5 cm范围以内，地表高程标记点中的存在的误差在±5 cm以内。

地物类别及精度如表1所示。

表1 地物类别及精度

1.2 测绘成果

（1） 1∶500竣工地形图；

（2）竣工测量规划复核图；

（3）竣工测绘总平面图；

（4） 1∶500套红线地形图；

（5）三维模型数据；

（6）竣工测量报告。

此次研究中的核心内容为利用三维激光扫描技术中静态扫描法，制作建筑竣工测绘中的相关文件的过程、方法。

2 关键技术研究

2.1 仪器及软件

项目组的关键性人员采用型号为RIEGL VZ-400的激光扫描仪，该扫描技术属于一种高精度的激光扫描仪。扫描过程中的扫描距离一般控制在30～160 m，扫描范围通常为100°（垂直角度）×360°（水平角度）。

武汉大学与宁波市测绘设计学院研究出一种点云信息综合处理平台VR-City Scene的技术，即点云处理软件。该软件技术主要针对海量级别的城市，通过采用点云适应简化方式计算，并建立三维激光点的一种云多分辨率结构，外存点云存取机制，与GPU硬件相结合，可全面加速该技术的使用，并实现还量点云的实时性渲染，完成具有高效性的索引机构技术。

通过设计并研发高效性的技术，包括点云管理、搜索引擎，有效解决海量点云技术操作过程中的各种难题，如自适应抽稀、高精度自动配准、三维精细建模等。通过结合点云模型的测图要素智能化提取、三维空间量测技，可优化软件技术，且可实现我国常用测图技术的衔接和集成。

2.2 作业流程设计

以三维激光扫描技术应用过程中的特点、操作技能、实际需求，设计作业流程图。工作人员收集测区路勘的资料，根据资料内容制定相关作业流程方案，以控制测量结果。

（1）为了实现良好的控制测量，工作人员应准备专业的仪器设备，在相关岗位上合理安排工作人员，技术人员采用激光扫描仪器完成外业测量工作。

（2）需要做好对控制点RTK的测量、水准的测量、建筑外立面地形相片拍摄三维导线控制点的加密工作，进而获取外业检测点。

（3）工作人员在完成上述工作后，导出、配准云数据全部，并制作全景球，制作过程中检测数据不合格，需要重新控制测量；检测合格可直接检查点云的精度性、完整性。

（4）制作竣工地形图、量取指标参数，按照各种规格制定相应的图件，制作完成后进行一、二等级检查，检查合格后进行项目验收，经检查不符合标准，需要重新控制质量，直至合格。

2.3 三维激光扫描方案

由于每个地区的特征存在差异，因此，在扫描方案的选择上应根据具体情况进行分析，需要全面结合已控制好的点分布特征情况。

（1）坐标系扫描法。

扫描仪与靶标在扫描的过程中均可以直接放置在设置好的控制点处，有利于缩减扫描流程，提高扫描效率，内业通过借助已获取的数据，确定点云绝对位置和方向。

（2）碎部控制扫描法。

这种方法的扫描仪在扫描的过程中无须架设在已知的控制点上，外业只需采用常规测量方式获取云中的相关数据和信息，以获取三维坐标的具体位置。内业可直接采用各站之间的同名碎部控制，完成相关数据的额配准和定向。

（3）靶标配准法。

在扫描的过程中无须将其控制在已知的控制点上，通过相邻两站间4个以上的靶标，确定相邻两站间的具体的关系位置，在实际操作过程中只需取少量的碎部控制点。内业通过同名靶标球完成对相邻站点云的匹配标准，可直接确定整体点云的绝对方向。

通过对测区内卫星信号的强感和弱感进行测量，测量区域附近可发现明显的控制点情况、实际测量区域范围的大小，可根据上述多种因素和内容，制定具有时效性的作业方案，以满足外出作业时间段、点云数据全面、操作流程简单化等要求。

2.4 扫描仪器配备及组装

三维激光扫描外业扫描仪器、相关设备主要包括三维激光扫描仪、发电机、数码相机、笔记本电脑、靶标球等。该设备和仪器在实际应用过程中，为了完成外业仪器的架设和转站，项目的相关人员需要完成自主化的设计和生产，确保推车的组装、外业作业可顺利进行。

2.5 数据处理及成果制作

（1）初步点云数据处理。

利用RIEGL VZ-400商业软件Riscan Pro技术按照相关配备流程完成对点云数据的配准，在实际操过程中为了满足二维成图的设计需要，实现新设计理念，应对点云数据进行合并、抽稀处理。合并、抽稀软件是在武汉大学测绘学院与宁波市测绘设计研究院共同研究开发的新型技术，是目前应用领域较广泛的技术，应用成绩良好。

（2）二维成图方法。

采用VR-City Scene软件的特征和优势，可直接在点云数据中描绘建筑整体的轮廓线，并看到具体的实物情况，获取的相关数据和信息均在第一时间手动导入CAD软件中。

（1）点云的顶视图。

可直接进行描绘，主要适用的范围为外轮廓较为规则的建筑测绘中，在实际操作过程中主要包括取点方式、描线方式。

（2）切片绘制。

这种方法更细致化、具体化，适合应用在建筑结构层次复杂的建筑物中，建筑整体结构复杂建筑物，无法直接采用顶视图的方式，判断建筑物轮廓线，需要采用切片绘制的方式描绘建筑物轮廓线，通过截取建筑某个特定层次中的横截面，描绘该层次的轮廓线，预判和分析建筑物的具体形象。

（3）地形绘制。

若点云比较稀松，无法准确判断建筑两旁道路的边线、摄像头、路灯等，需要根据高程特性选择合适的高程空间完成高层的伪装彩色渲染，有利于更准确判断绘制的对象。

（3）成果资料制作。

根据已绘制成型的二维测区地形图，结合建筑规划的许可证附图、规划审批材料等内容，设置具有实效化的竣工测量规划复核图、竣工测绘总平面图、1∶500套红线地形图等，可明确建筑项目、周围情况，为后期相关工作的开展奠定良好的基础。

3 结语

综上所述，随着科学技术的不断发展与进步，三维激光扫描技术得到了迅速发展，在建筑规划竣工测绘过程中起着至关重要的作用，弥补了传统单点测量方式中存在的不足。三维激光扫描技术可在规定时间内发射出数十万个的点，以点云的方式表达三维空间几何形态，采用高分辨相片技术实现物体的三维正射影像，以三维图像表达物体状态，解决传统技术中存在的各种测绘问题，可有效提高工作的效率和质量。

参考文献

[1]匡标.基于三维激光扫描技术的古建筑数字档案建库以及保护研究——以宋朝四大书院石鼓书院为例[J].中外交流，2017（31）:5-6.

[2]陆建华，吕志才.基于多时相点云数据的大型古建筑形变监测研究——以苏州虎丘塔为例[J].工程勘察，2016,44（7）:53-58.