3D激光扫描技术在建筑立面测量中的应用

文/丁永庆 山东建材勘察测绘研究院有限公司 山东济南 250100

3D激光扫描技术，主要是利用仪器设备来进行扫描，从而获取被测物体表面的颜色信息、反射强度，生成三维彩色点云，进一步实现被测物体的数字化，并存储在计算机中。相比较于传统技术，3D激光扫描技术的在外作业时间相对较短，有利于缩短工期，同时，还可以全面记录建筑及各种管道的所有数据信息，这样的情况下，不管是二维出图，还是三维建模，均可以有良好的信息支持。

1、3D激光扫描技术的特点

1.1 可以自动采集数据

3D激光扫描技术，在进行测量的时候，无需接触被测物体，也不需要使用反射棱镜，在进行扫描之前，也不需要对被测物体进行表面处理，其是对被测物体表面的三维数据进行直接采集，因此所采集的数据的可靠性、准确性可得到有效保障。除此之外，3D激光扫描技术的出现及应用，解决了以往面临危险环境、危险物体或者是人员难以企及等传统测量方式下无法准确测量的难题。

1.2 不受时空因素的限制

3D激光扫描技术的原理在于，主动发射激光，激光发挥着扫描光源的效果，通过对其回波信号进行探测，便可以获取被测物体的信息。因此，3D激光扫描技术在实际应用过程中，不够扫描环境空间、时间等因素的限制。

1.3 工作量较少

3D激光扫描技术使用过程中，在进行外业测绘的时候，已经进行了全方位测量，因此获取了较为全面的外业数据。这样，便无需在外业测绘的时候绘制草图，只要在内业时通过综合考虑、慎重取舍，便可以完成制图任务，大大减少了工作量。此外，若是制图不符合设计方的要求，这时，只需以原始点云数据为根据便可以进行适当调整，不需要再进行现场测绘。

2、建筑立面测量中3D激光扫描技术的应用

2.1 3D激光扫描技术在建筑立面测量中的优势

以往在进行建筑立面测绘的时候，多采取单点测量法，即应用全站仪分别照准建筑物各关键点，如窗角等，来获取关键点信息，但这样的方法下，所获取的信息比较离散，工作效率较低，且数据量相对较少，在外业的时候必须绘制草图，并在内业时将其编制成图抽象。建筑立面测量中应用3D激光扫描技术，首先是选好点位，然后设置好3D激光扫描仪，仪器便能自动旋转角度，并迅速、密集地获取建筑立面的点云数据，经过数据处理之后，便可以将建筑立面形态再现出来，成图比较简单、真实，且外业单站扫描几分钟便可以完成，工作效率较高。

2.2 建筑立面测量中3D激光扫描技术的实际应用

在建筑立面测量中应用3D激光扫描技术的时候，一般是建筑物的精度要求较高，但并非所有建筑物均适合应用3D激光扫描技术，因为其要求建筑物的占地面积不可过大，且可以架设地面3D激光扫描仪。3D激光扫描技术的应用过程如下：

第一，控制点及测站。在建筑立面测量中应用3D激光扫描技术进行测量作业的时候，每站选择四个控制点，并使其均匀分布，放置反射片，便能满足精度要求。经过多次架站之后所获取的数据信息，可以完全覆盖建筑所有立面。针对高层建筑顶层、侧立面测点之间点云密度不足的现象，可以适当增布设站，来解决建筑立面点云不够的情况。在所选控制点固定好反射片标志之后，便可以应用GPS-RTK对其中心点实施测量。

第二，外业扫描。于所选测站位置，将3D激光扫描仪架设好，开展实地三维扫描。若想对点云密度进行有效保障，可选择长距离作业。作业过程中，应扫描多站，每站扫描结束后系统自动增加一站，从而达到自动三维全景扫描、拍照的效果。

第三，点云数据拼接。首先，控制点反射片中心点的合理选择，粗拼及坐标转换的时候可以每站选取4个放置反射片的控制点，以保障拼接后点云数据的高精度。反射片中心点的选择，通常是在二维视图下灰度模式中进行选择，然后在三维视图中将标记好的反射片中心点拖入，检查其位置的正确性，如果所选择的位置与反射片中心点相偏离，则应将该点在TPL（SOCS）点列表之中删除，然后在三维视图中对反射片中心点进行重新选择。其次，点云数据粗拼。主要是利用RTK所测坐标TPL（GLCS）及所选反射片中心点TPL（SOCS）来完成点与点的匹配，从而实现点云数据粗拼。最后，点云数据精拼。点云数据精拼之前，应将基础站锁定，若是已有多站拼接完成，则需要锁定拼好站，在进行拼接的时候，应该一站一站地进行拼接。在设置MSA拼接参数的时候，应以粗拼时各站的拼接标准偏差为根据，并将搜索半径选择为粗拼标准偏差的三倍或者是三倍以上，MSA拼接的过程中，需要进行重复设定、重复计算，应当将搜索半径依次递减，首次计算时，应确保搜索半径大于等于1，以计算结果为根据，重复设置更小值，直至最优结果。

第四，点云数据抽稀。由于3D点云数据量比较大，因此，可以设置高性能工作站，以便于直接全部输出原始点云数据进行编辑。针对多站联合测量后得到的立面，需要进行点云数据抽稀，也就是在符合工程要求、满足识别地物的基础上尽量减少点云密度，在点与点之间设置一定的间隔距离，达到抽稀的效果。在设定间距的时候，应以绘制立面精度的要求为根据。

第五，冗余数据清理。3D扫描时，也会采集到一些其他数据，即非建筑物立面数据的冗余数据，需将其剔除。

第六，绘制立面图。绘制建筑立面图的时候，主要是应用CAD。选取点云数据之后，导出DXF格式，并将其当作底图，然后加载到CAD中，便可以绘制立面图。

结语：

综上所述，应用3D激光扫描技术进行建筑立面测量，可以获取立面点云、纹理的影像，经过对点云数据进行精准的处理、拼接，并在此基础上合理地进行数据抽稀，便可以建立高度仿真的实景形态，准确获取建筑物的立面情况。