工程测量中的三维激光扫描技术研究

工程测量中的三维激光扫描技术研究

周永宁

宁夏回族自治区电力设计院有限公司 宁夏 银川市750004

摘要：三维激光扫描技术的高精度、全覆盖、灵活性、立体性优势更为突出，利用该技术能够直接对建筑表面进行扫描并获取其电源数据。从而在有效提升建筑测绘工作精准度的同时减轻相关工作人员的工作强度与作业难度，实现建筑测绘工作效率与质量的全面提升。因而，加强对三维激光扫描技术的研究，对提升现代建筑工程测绘作业的效益、促进三维激光扫描技术的多元发展而言有一定益处。

关键词：三维激光扫描技术；工程测量；应用

引言

建筑行业作为国民经济的支撑点，在社会发展过程中逐渐得到重视。但建筑工程测量存在技术投入不足的问题，传统测量工作主要以全站仪为主，开展作业时不仅需要耗费大量人力、物力和财力，而且测量作业效率较低。三维激光扫描技术可以快速获取高分辨率影像，且测量精准度较高，能为测量工作的开展提供更多帮助。

1三维建模技术概述

三维建模是利用虚拟三维空间信息技术，来建设三维模型空间。从某方面来看，三维建模是随着计算机信息技术演化的信息化技术，在城市规划测量方面具有重要作用，能将土建信息、三维建模技术、二维地籍数据信息相互结合，从而合理规划土地，提高土地利用率。同时，能根据实际情况，收集三维信息技术处理测量数据，建立城市三维数据库，给城市规划提供丰富数据资源。分割后的建筑物点云数据能有效降低建筑物建模难度。工作人员采用L1-mean算法提取单个建筑物的骨架线点云数据，给其选择建筑物点云数据切片方向提供丰富的数据资源，保证点云数据切片工作能顺利进行，为建筑物建模工作打下坚实基础。

2三维激光扫描技术的优点

2.1高效性

三维激光扫描技术的核心是基于数据的三维信息，可以快速获取物体的三维信息，因此具有快速性。此外，该技术可以通过精确的测量计算物体的尺寸和形状。与传统测量方法相比，其可以实现自动化数据采集和分析。在传统的建筑测绘中，需要多次重复测量，并且需要人力物力和时间进行人工测量，这将导致工程成本和时间成本增加。然而，三维激光扫描技术可以实现自动化数据采集和分析，从而避免了应用大量的人力物力。同时，其速度快、精度高、稳定性强和节省空间等优点也为建筑测绘提供了更多的便利条件。

2.2准确性

三维激光扫描技术具有很高的精度和准确性，因此能够有效解决传统测量方法中存在的缺陷问题。首先，数据采集时只需要进行1次测量即可获得完整的点云数据。其次，由于三维激光扫描技术可以获得精确的点云数据，因此能够实现对物体三维形状和尺寸的精确测量和分析。例如，在测量过程中，如果选择使用传统测量方法进行测量，由于仪器误差、环境等因素存在一定的影响，会导致数据误差较大。此外，三维激光扫描技术在使用过程中可以避免人为操作误差的影响。

2.3灵活性和可操作性

传统测量方法通常采用全站仪和测距仪进行测量作业。虽然三维激光扫描技术具有高精度、高效率等优点，但其测量范围有限。对于建筑测绘工作来说，测绘范围通常在几十米到几千米之间，因此需要在工作范围内进行多次测量和重复作业。因此，传统方法具有一定的局限性。此外，对于建筑测绘工作来说，其复杂性很大程度上限制了发展和应用。例如：建筑测绘工作中所用的仪器设备相对较大，昂贵且操作难度较大。此外，在建筑测绘工作中通常需要进行多次重复测量和内业数据处理工作等。

3三维激光扫描技术在建筑测绘中的应用

3.1外业数据采集

这片测试区是由大量附属建筑围合而成的老式住宅楼，整体人流较大，给测量人员的采集增加了点云采集的难度。因此，在进行建筑物外业测量前，进行现场调查，对建筑物扫描范围、路线等进行规划，避免后期出现重复测量、补测等工作内容。同时，在规划路线时尽量回到原起点，构建闭合环路，以减少数据解算过程中误差累积严重的现象。综合各方面外业采集条件，制定架站、车载、机载3种点云采集相结合的作业方式，以便于全面地收集建筑物的点云数据。在进行三维激光扫描前，根据扫描需求收集扫描区域内已有的测绘信息，包括控制点、各类地形图，确保在扫描作业前全面地了解区域内的地形地貌、人文信息、交通道路等信息。根据收集到的信息，初步确定扫描频率、扫描点云质量、扫描角度等相关扫描参数。为了顺利开展三维激光扫描的数据采集工作，获取目标体空间三维点云，需组织现场踏勘，实地了解扫描区域的自然地理、人文及交通状况，并核对已有资料的真实性和适用性。任何的扫描操作都是在特定的环境下进行的，因此，对于环境复杂、条件恶劣的场地，在扫描工作前一定要对场地进行详细的踏勘，对现场的地形、交通等进行了解，对扫描物体目标的范围、规模、地形起伏做到心中有数，然后再根据调查情况对扫描的站点进行设计。在采用架站测量时，采用南方SD-1500地面式三维激光扫描测量系统进行作业，测量范围为1.5~1500m，测量速度可达200万点/s，测量建筑物外立面，由于受三维扫描仪角度和视角的影响，距离过近会导致不能获取建筑最高处数据，架站扫描仪时应与建筑物保持10~20m的距离；而更高的建筑，如几十米甚至几百米高，则需要在建筑的近处和远处都摆放，确保获取到完整的建筑信息。测量建筑物内立面时，通常建筑都是两边对称，所以内部架设站点是镜像摆放。扫描仪与对象要保持一定距离，保证扫描到完整的对象；同时要根据项目合理规划测站间距和测站数，提高作业效率和数据完整度。

3.2三维建模

建筑三维模型构建过程如下：①提取空中连廊前面、侧面二维轮廓，然后利用实体拉伸方法确定墙体规则实体模型；②利用线划图提取空中连廊曲线模型，构建一半空中连廊实体模型，然后采用镜像复制方法构建另一半模型；③根据空中连廊特征线和特征曲线构建空中连廊内部结构，并采用软件平移、旋转、扫描等功能构建完整的建筑三维模型。在获取三维模型后，利用HDmodeling软件对模型进行精细化处理，对其进行纹理渲染。在构建三维实景模型过程中，如果存在清晰度较差的模型，则需要采用人工现场拍摄照片的方式，重新获取数据完善的三维模型。

3.3生成建筑立面图

首先以运用三维激光扫描技术所得的点云数据为原始资料，在CAD软件中制作建筑立面图像，所得图像的准确度与点云准确度相比而言基本无差异，其两者的垂直面之比为1∶1，能够比较真实且详尽地反映建筑物的结构特征。但由于建筑测绘作业中所得到点云数据集比较庞大，但CAD的程序空间又相对较小，因此需要对点云数据进行分段处理，再将其引入CAD中，进行立面图绘制。

结束语

综上所述，本文在某大厦空中连廊安装施工项目中应用了三维激光扫描技术，充分发挥了三维激光扫描技术获取数据快、精准度高、直观性强等优点，为空中连廊吊装作业的开展提供了精准的数据，保障了空中连廊吊装施工作业质量，提高了建筑钢结构吊装施工的效率。应用结果表明，三维激光扫描技术可以实现精准空间定位，根据三维扫描技术构建的三维模型，可直观地反映空间位置关系，能够为测量工程的开展提供精准的数据支撑，解决了传统测量技术测量作业效率低、测量误差大等问题。

参考文献

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