3D激光掃描技術在建筑立面測量中的應用

文/丁永慶 山東建材勘察測繪研究院有限公司 山東濟南 250100

3D激光掃描技術，主要是利用儀器設備來進行掃描，從而獲取被測物體表面的顏色信息、反射強度，生成三維彩色點云，進一步實現被測物體的數字化，并存儲在計算機中。相比較于傳統技術，3D激光掃描技術的在外作業時間相對較短，有利于縮短工期，同時，還可以全面記錄建筑及各種管道的所有數據信息，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激光掃描技術的特點

1.1 可以自動采集數據

3D激光掃描技術，在進行測量的時候，無需接觸被測物體，也不需要使用反射棱鏡，在進行掃描之前，也不需要對被測物體進行表面處理，其是對被測物體表面的三維數據進行直接采集，因此所采集的數據的可靠性、準確性可得到有效保障。除此之外，3D激光掃描技術的出現及應用，解決了以往面臨危險環境、危險物體或者是人員難以企及等傳統測量方式下無法準確測量的難題。

1.2 不受時空因素的限制

3D激光掃描技術的原理在于，主動發射激光，激光發揮著掃描光源的效果，通過對其回波信號進行探測，便可以獲取被測物體的信息。因此，3D激光掃描技術在實際應用過程中，不夠掃描環境空間、時間等因素的限制。

1.3 工作量較少

3D激光掃描技術使用過程中，在進行外業測繪的時候，已經進行了全方位測量，因此獲取了較為全面的外業數據。這樣，便無需在外業測繪的時候繪制草圖，只要在內業時通過綜合考慮、慎重取舍，便可以完成制圖任務，大大減少了工作量。此外，若是制圖不符合設計方的要求，這時，只需以原始點云數據為根據便可以進行適當調整，不需要再進行現場測繪。

2、建筑立面測量中3D激光掃描技術的應用

2.1 3D激光掃描技術在建筑立面測量中的優勢

以往在進行建筑立面測繪的時候，多采取單點測量法，即應用全站儀分別照準建筑物各關鍵點，如窗角等，來獲取關鍵點信息，但這樣的方法下，所獲取的信息比較離散，工作效率較低，且數據量相對較少，在外業的時候必須繪制草圖，并在內業時將其編制成圖抽象。建筑立面測量中應用3D激光掃描技術，首先是選好點位，然后設置好3D激光掃描儀，儀器便能自動旋轉角度，并迅速、密集地獲取建筑立面的點云數據，經過數據處理之后，便可以將建筑立面形態再現出來，成圖比較簡單、真實，且外業單站掃描幾分鐘便可以完成，工作效率較高。

2.2 建筑立面測量中3D激光掃描技術的實際應用

在建筑立面測量中應用3D激光掃描技術的時候，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用3D激光掃描技術，因為其要求建筑物的占地面積不可過大，且可以架設地面3D激光掃描儀。3D激光掃描技術的應用過程如下：

第一，控制點及測站。在建筑立面測量中應用3D激光掃描技術進行測量作業的時候，每站選擇四個控制點，并使其均勻分布，放置反射片，便能滿足精度要求。經過多次架站之后所獲取的數據信息，可以完全覆蓋建筑所有立面。針對高層建筑頂層、側立面測點之間點云密度不足的現象，可以適當增布設站，來解決建筑立面點云不夠的情況。在所選控制點固定好反射片標志之后，便可以應用GPS-RTK對其中心點實施測量。

第二，外業掃描。于所選測站位置，將3D激光掃描儀架設好，開展實地三維掃描。若想對點云密度進行有效保障，可選擇長距離作業。作業過程中，應掃描多站，每站掃描結束后系統自動增加一站，從而達到自動三維全景掃描、拍照的效果。

第三，點云數據拼接。首先，控制點反射片中心點的合理選擇，粗拼及坐標轉換的時候可以每站選取4個放置反射片的控制點，以保障拼接后點云數據的高精度。反射片中心點的選擇，通常是在二維視圖下灰度模式中進行選擇，然后在三維視圖中將標記好的反射片中心點拖入，檢查其位置的正確性，如果所選擇的位置與反射片中心點相偏離，則應將該點在TPL（SOCS）點列表之中刪除，然后在三維視圖中對反射片中心點進行重新選擇。其次，點云數據粗拼。主要是利用RTK所測坐標TPL（GLCS）及所選反射片中心點TPL（SOCS）來完成點與點的匹配，從而實現點云數據粗拼。最后，點云數據精拼。點云數據精拼之前，應將基礎站鎖定，若是已有多站拼接完成，則需要鎖定拼好站，在進行拼接的時候，應該一站一站地進行拼接。在設置MSA拼接參數的時候，應以粗拼時各站的拼接標準偏差為根據，并將搜索半徑選擇為粗拼標準偏差的三倍或者是三倍以上，MSA拼接的過程中，需要進行重復設定、重復計算，應當將搜索半徑依次遞減，首次計算時，應確保搜索半徑大于等于1，以計算結果為根據，重復設置更小值，直至最優結果。

第四，點云數據抽稀。由于3D點云數據量比較大，因此，可以設置高性能工作站，以便于直接全部輸出原始點云數據進行編輯。針對多站聯合測量后得到的立面，需要進行點云數據抽稀，也就是在符合工程要求、滿足識別地物的基礎上盡量減少點云密度，在點與點之間設置一定的間隔距離，達到抽稀的效果。在設定間距的時候，應以繪制立面精度的要求為根據。

第五，冗余數據清理。3D掃描時，也會采集到一些其他數據，即非建筑物立面數據的冗余數據，需將其剔除。

第六，繪制立面圖。繪制建筑立面圖的時候，主要是應用CAD。選取點云數據之后，導出DXF格式，并將其當作底圖，然后加載到CAD中，便可以繪制立面圖。

結語：

綜上所述，應用3D激光掃描技術進行建筑立面測量，可以獲取立面點云、紋理的影像，經過對點云數據進行精準的處理、拼接，并在此基礎上合理地進行數據抽稀，便可以建立高度仿真的實景形態，準確獲取建筑物的立面情況。