3D激光掃描技術(shù)在建筑立面測(cè)量中的應(yīng)用

丁永慶

【摘要】近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展，建筑行業(yè)引進(jìn)了諸多新設(shè)備、新技術(shù)，推動(dòng)著建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展。3D激光掃描技術(shù)主要是應(yīng)用3D激光掃描儀對(duì)周圍環(huán)境實(shí)施全方位的掃描，因此也被稱為“3D實(shí)景復(fù)制”技術(shù)，目前在我國(guó)諸多行業(yè)得到了應(yīng)用，為促進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)。如今，建筑行業(yè)也引進(jìn)了3D激光掃描技術(shù)，用于建筑物的立面測(cè)量，并取得了良好的效果。文章主要對(duì)3D激光掃描技術(shù)在建筑立面測(cè)量中的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】建筑;立面測(cè)量;3D激光掃描技術(shù)

3D激光掃描技術(shù)，主要是利用儀器設(shè)備來(lái)進(jìn)行掃描，從而獲取被測(cè)物體表面的顏色信息、反射強(qiáng)度，生成三維彩色點(diǎn)云，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)被測(cè)物體的數(shù)字化，并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。相比較于傳統(tǒng)技術(shù)，3D激光掃描技術(shù)的在外作業(yè)時(shí)間相對(duì)較短，有利于縮短工期，同時(shí)，還可以全面記錄建筑及各種管道的所有數(shù)據(jù)信息，這樣的情況下，不管是二維出圖，還是三維建模，均可以有良好的信息支持。

1、3D激光掃描技術(shù)的特點(diǎn)

1.1可以自動(dòng)采集數(shù)據(jù)

3D激光掃描技術(shù)，在進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，無(wú)需接觸被測(cè)物體，也不需要使用反射棱鏡，在進(jìn)行掃描之前，也不需要對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行表面處理，其是對(duì)被測(cè)物體表面的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行直接采集，因此所采集的數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性可得到有效保障。除此之外，3D激光掃描技術(shù)的出現(xiàn)及應(yīng)用，解決了以往面臨危險(xiǎn)環(huán)境、危險(xiǎn)物體或者是人員難以企及等傳統(tǒng)測(cè)量方式下無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量的難題。

1.2不受時(shí)空因素的限制

3D激光掃描技術(shù)的原理在于，主動(dòng)發(fā)射激光，激光發(fā)揮著掃描光源的效果，通過(guò)對(duì)其回波信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，便可以獲取被測(cè)物體的信息。因此，3D激光掃描技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，不夠掃描環(huán)境空間、時(shí)間等因素的限制。

1.3工作量較少

3D激光掃描技術(shù)使用過(guò)程中，在進(jìn)行外業(yè)測(cè)繪的時(shí)候，已經(jīng)進(jìn)行了全方位測(cè)量，因此獲取了較為全面的外業(yè)數(shù)據(jù)。這樣，便無(wú)需在外業(yè)測(cè)繪的時(shí)候繪制草圖，只要在內(nèi)業(yè)時(shí)通過(guò)綜合考慮、慎重取舍，便可以完成制圖任務(wù)，大大減少了工作量。此外，若是制圖不符合設(shè)計(jì)方的要求，這時(shí)，只需以原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)為根據(jù)便可以進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，不需要再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪。

2、建筑立面測(cè)量中3D激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

2.1 3D激光掃描技術(shù)在建筑立面測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)

以往在進(jìn)行建筑立面測(cè)繪的時(shí)候，多采取單點(diǎn)測(cè)量法，即應(yīng)用全站儀分別照準(zhǔn)建筑物各關(guān)鍵點(diǎn)，如窗角等，來(lái)獲取關(guān)鍵點(diǎn)信息，但這樣的方法下，所獲取的信息比較離散，工作效率較低，且數(shù)據(jù)量相對(duì)較少，在外業(yè)的時(shí)候必須繪制草圖，并在內(nèi)業(yè)時(shí)將其編制成圖抽象。建筑立面測(cè)量中應(yīng)用3D激光掃描技術(shù)，首先是選好點(diǎn)位，然后設(shè)置好3D激光掃描儀，儀器便能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)角度，并迅速、密集地獲取建筑立面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理之后，便可以將建筑立面形態(tài)再現(xiàn)出來(lái)，成圖比較簡(jiǎn)單、真實(shí)，且外業(yè)單站掃描幾分鐘便可以完成，工作效率較高。

2.2建筑立面測(cè)量中3D激光掃描技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

在建筑立面測(cè)量中應(yīng)用3D激光掃描技術(shù)的時(shí)候，一般是建筑物的精度要求較高，但并非所有建筑物均適合應(yīng)用3D激光掃描技術(shù)，因?yàn)槠湟蠼ㄖ锏恼嫉孛娣e不可過(guò)大，且可以架設(shè)地面3D激光掃描儀。3D激光掃描技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程如下：

第一，控制點(diǎn)及測(cè)站。在建筑立面測(cè)量中應(yīng)用3D激光掃描技術(shù)進(jìn)行測(cè)量作業(yè)的時(shí)候，每站選擇四個(gè)控制點(diǎn)，并使其均勻分布，放置反射片，便能滿足精度要求。經(jīng)過(guò)多次架站之后所獲取的數(shù)據(jù)信息，可以完全覆蓋建筑所有立面。針對(duì)高層建筑頂層、側(cè)立面測(cè)點(diǎn)之間點(diǎn)云密度不足的現(xiàn)象，可以適當(dāng)增布設(shè)站，來(lái)解決建筑立面點(diǎn)云不夠的情況。在所選控制點(diǎn)固定好反射片標(biāo)志之后，便可以應(yīng)用GPS-RTK對(duì)其中心點(diǎn)實(shí)施測(cè)量。

第二，外業(yè)掃描。于所選測(cè)站位置，將3D激光掃描儀架設(shè)好，開展實(shí)地三維掃描。若想對(duì)點(diǎn)云密度進(jìn)行有效保障，可選擇長(zhǎng)距離作業(yè)。作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)掃描多站，每站掃描結(jié)束后系統(tǒng)自動(dòng)增加一站，從而達(dá)到自動(dòng)三維全景掃描、拍照的效果。

第三，點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接。首先，控制點(diǎn)反射片中心點(diǎn)的合理選擇，粗拼及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的時(shí)候可以每站選取4個(gè)放置反射片的控制點(diǎn)，以保障拼接后點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高精度。反射片中心點(diǎn)的選擇，通常是在二維視圖下灰度模式中進(jìn)行選擇，然后在三維視圖中將標(biāo)記好的反射片中心點(diǎn)拖入，檢查其位置的正確性，如果所選擇的位置與反射片中心點(diǎn)相偏離，則應(yīng)將該點(diǎn)在TPL（SOCS）點(diǎn)列表之中刪除，然后在三維視圖中對(duì)反射片中心點(diǎn)進(jìn)行重新選擇。其次，點(diǎn)云數(shù)據(jù)粗拼。主要是利用RTK所測(cè)坐標(biāo)TPL（GLCS）及所選反射片中心點(diǎn)TPL（SOCS）來(lái)完成點(diǎn)與點(diǎn)的匹配，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)粗拼。最后，點(diǎn)云數(shù)據(jù)精拼。點(diǎn)云數(shù)據(jù)精拼之前，應(yīng)將基礎(chǔ)站鎖定，若是已有多站拼接完成，則需要鎖定拼好站，在進(jìn)行拼接的時(shí)候，應(yīng)該一站一站地進(jìn)行拼接。在設(shè)置MSA拼接參數(shù)的時(shí)候，應(yīng)以粗拼時(shí)各站的拼接標(biāo)準(zhǔn)偏差為根據(jù)，并將搜索半徑選擇為粗拼標(biāo)準(zhǔn)偏差的三倍或者是三倍以上，MSA拼接的過(guò)程中，需要進(jìn)行重復(fù)設(shè)定、重復(fù)計(jì)算，應(yīng)當(dāng)將搜索半徑依次遞減，首次計(jì)算時(shí)，應(yīng)確保搜索半徑大于等于1，以計(jì)算結(jié)果為根據(jù)，重復(fù)設(shè)置更小值，直至最優(yōu)結(jié)果。

第四，點(diǎn)云數(shù)據(jù)抽稀。由于3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)量比較大，因此，可以設(shè)置高性能工作站，以便于直接全部輸出原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯。針對(duì)多站聯(lián)合測(cè)量后得到的立面，需要進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)抽稀，也就是在符合工程要求、滿足識(shí)別地物的基礎(chǔ)上盡量減少點(diǎn)云密度，在點(diǎn)與點(diǎn)之間設(shè)置一定的間隔距離，達(dá)到抽稀的效果。在設(shè)定間距的時(shí)候，應(yīng)以繪制立面精度的要求為根據(jù)。

第五，冗余數(shù)據(jù)清理。3D掃描時(shí)，也會(huì)采集到一些其他數(shù)據(jù)，即非建筑物立面數(shù)據(jù)的冗余數(shù)據(jù)，需將其剔除。

第六，繪制立面圖。繪制建筑立面圖的時(shí)候，主要是應(yīng)用CAD。選取點(diǎn)云數(shù)據(jù)之后，導(dǎo)出DXF格式，并將其當(dāng)作底圖，然后加載到CAD中，便可以繪制立面圖。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，應(yīng)用3D激光掃描技術(shù)進(jìn)行建筑立面測(cè)量，可以獲取立面點(diǎn)云、紋理的影像，經(jīng)過(guò)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)的處理、拼接，并在此基礎(chǔ)上合理地進(jìn)行數(shù)據(jù)抽稀，便可以建立高度仿真的實(shí)景形態(tài)，準(zhǔn)確獲取建筑物的立面情況。

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