三維激光掃描儀在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用

樂東 李朦

摘要：步入信息時代以來，激光測繪技術(shù)獲得快速發(fā)展，通過合理利用激光掃描儀，技術(shù)人員可在短時間內(nèi)獲取詳細(xì)記錄建筑物表面信息的數(shù)據(jù)，可縮短檢測活動的持續(xù)時間，提升工程資源利用效率。本文主要分析了三維激光掃描儀的基本特性與應(yīng)用價值，并指出了此類先進(jìn)技術(shù)設(shè)備在我國現(xiàn)代建筑領(lǐng)域的具體應(yīng)用流程。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描儀;建筑建造;數(shù)據(jù)采集

隨著新時代建筑行業(yè)的快速發(fā)展，三維模型生成技術(shù)、激光測繪技術(shù)開始逐步獲得普及應(yīng)用，建筑施工人員可借助激光掃描儀等先進(jìn)設(shè)備，搜集建筑信息，生成建筑立面規(guī)劃圖與設(shè)計模型，指導(dǎo)工程質(zhì)量檢測、工程結(jié)算等重要工作的實施。

一、三維激光掃描儀的基本特性與應(yīng)用價值分析

步入新時代以來，三維激光掃描儀在現(xiàn)代建筑建造與勘測領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，主要被用于處理建筑建造質(zhì)量檢測、建筑具體數(shù)據(jù)搜集、形變檢測、古建筑保護等不同領(lǐng)域。此類高技術(shù)含量的勘測設(shè)備包含內(nèi)置式相機、傳感器、數(shù)控系統(tǒng)、激光照射器等不同部分，其中數(shù)控掃描系統(tǒng)可借助激光照射器所發(fā)射出的定向激光對建筑進(jìn)行遙測，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)正確操控激光掃描儀，使這一設(shè)備內(nèi)置的相機攝錄大量反映建筑物整體面貌的照片，并針對水平或垂直位移進(jìn)行自動化的空間修正，快速、精確地采集建筑表面的數(shù)據(jù)，如建筑表面積、建筑墻壁的曲度等。技術(shù)人員可將采集到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機中，并根據(jù)此類數(shù)據(jù)建立立體化的三維建筑模型，做好后期建筑修復(fù)、質(zhì)檢、安全管理等各項基本工作。我國傳統(tǒng)的建筑物立面測繪工作通常使用全站式棱鏡監(jiān)測儀測量各類建筑的三維點坐標(biāo)，并有計劃地使用卷尺及測距儀等儀器仔細(xì)量取建筑內(nèi)部主要構(gòu)件、裝飾品的尺寸大小，同時根據(jù)工程質(zhì)量檢測需要繪制草圖，將測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAD繪圖軟件中，基于草圖中包含的建筑信息繪制內(nèi)容全面、詳細(xì)展現(xiàn)空間約束關(guān)系的立面圖與散點圖，通過分析、研究三維圖像中的信息技術(shù)人員可準(zhǔn)確把握建筑的建造質(zhì)量、使用價值、工藝水平，如實地復(fù)制還原施工現(xiàn)場的具體環(huán)境，評估各類外界因素對建筑物的影響[1]。此類蘊含高新技術(shù)的先進(jìn)測量科技能夠完成傳統(tǒng)測量方法無法達(dá)到的建筑測繪任務(wù)，這一技術(shù)是我國現(xiàn)代測量技術(shù)的最新發(fā)展成果。

二、三維激光掃描儀在建筑領(lǐng)域的具體應(yīng)用流程分析

（一）前期準(zhǔn)備

工作人員必須根據(jù)現(xiàn)代建筑工程的施工進(jìn)度、施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)自行調(diào)整實地勘察活動的規(guī)模、持續(xù)時間、數(shù)據(jù)采樣范圍，并通過傳感器連接后臺數(shù)控系統(tǒng)與掃描儀，發(fā)揮激光掃描儀內(nèi)置的視覺追蹤技術(shù)的固有優(yōu)勢，對建筑選點進(jìn)行精確拼接，降低現(xiàn)場勘查的實施難度，縮短外部作業(yè)測量時間。技術(shù)人員必須做好勘查路線規(guī)劃工作，了解測型活動目標(biāo)范圍內(nèi)各類建筑的布局、總面積、施工技術(shù)等相關(guān)信息，布設(shè)多個傳感器與能夠利用衛(wèi)星信號傳輸勘測信息的探測器，可根據(jù)勘察范圍的大小布設(shè)傳感器并設(shè)計控制點[2]。在實施勘測之前，應(yīng)當(dāng)檢測靶標(biāo)的穩(wěn)定性，把握建筑物的絕對坐標(biāo)位置，提升測量活動的相對精度，保證不同觀測點之間有相同的公共平面。

（二）現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集

技術(shù)人員可在勘測現(xiàn)場架設(shè)觀測站，并按照既定規(guī)則使用激光掃描儀掃描觀測點附近的建筑，觀測點的間距應(yīng)當(dāng)保持在20米左右。為提高建筑外部掃描效率，縮短掃描活動的持續(xù)時間，針對存在遮擋、蔭蔽處的建筑應(yīng)當(dāng)進(jìn)行單獨設(shè)站測量，技術(shù)人員可使用皮尺測量部分隱蔽點的投影面大小。由于受到測繪活動所用掃描儀基本功能的限制及建筑所在環(huán)境條件的影響，在采集三維數(shù)據(jù)時，部分較為重要的細(xì)節(jié)信息并未及時獲取，如建筑內(nèi)部承重柱之間的欞條，房屋底部曲面部位的晾衣架等，這使技術(shù)人員在計算機上建立的三維模型缺乏完整性與全面性[3]。因此為提升測量精度，保證模型的完整性，在每次完成掃描測量任務(wù)后，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)通過整合數(shù)據(jù)、進(jìn)行模擬驗算準(zhǔn)確把握掃描效果，在中途發(fā)現(xiàn)遮擋或封閉空間時可暫停掃描。

（三）數(shù)據(jù)處理

技術(shù)人員必須做好數(shù)據(jù)處理與配準(zhǔn)工作，將位于不同位置上的傳感器搜集到的建筑信息進(jìn)行分類加工，未經(jīng)處理的三維空間數(shù)據(jù)包含多個坐標(biāo)系，技術(shù)人員必須將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，使得點云數(shù)據(jù)具備突出的可辨識性與可調(diào)性。為獲取真實度較高、具備獨特利用價值的建筑掃描數(shù)據(jù)，技術(shù)人員必須做好噪音處理、雜波過濾等各項基本工作，在計算機中刪除遮擋建筑物的樹木或其他雜物，對數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，剔除原始數(shù)據(jù)中誤差較大、不符合真實情況的信息。

（四）建立三維立體模型

通過合理運用三維激光掃描儀等先進(jìn)設(shè)備，技術(shù)人員可直接從現(xiàn)實建筑物中快速采集逆向三維數(shù)據(jù)，并完成立體化建筑模型重構(gòu)與修正工作。為滿足建筑測繪要求，可使用手持式激光掃描儀，從不同角度入手掃描建筑物的內(nèi)部框架與表層，在獲取點云文件后建立三維模型。技術(shù)人員可對點云數(shù)據(jù)實施擬合處理，生成包含多級控制點的格網(wǎng)，進(jìn)而構(gòu)建曲面，在數(shù)字化模型上標(biāo)注建筑物的基本特征點并制作數(shù)據(jù)清單。

三、結(jié)術(shù)語

三維激光掃描儀在建筑領(lǐng)域的普及應(yīng)用，可幫助工程人員及時、精確地完成建筑立面測量工作，技術(shù)人員可自行選擇多個采樣點，并使用這一設(shè)備進(jìn)行快速、連續(xù)的采樣，克服傳統(tǒng)勘測技術(shù)的局限，快速生成點云數(shù)據(jù)圖。

參考文獻(xiàn)

[1]董景利.徠卡RTC360三維激光掃描儀在建筑立面改造中的應(yīng)用[J].測繪通報，2020（2）：163-166.

[2]田文波，楊興寶，谷明，等.三維激光掃描儀在建筑立面測量及快速建模中的應(yīng)用[J].北京測繪，2016（5）：113-116.

[3]朱龍軍，周雋.三維激光掃描儀在建筑規(guī)劃驗收中的應(yīng)用[J].城市勘測，2021（02）：127-131.