三维激光扫描在智慧城市中的应用

周泽超 潘家辉 孙光远 郑雨秋 李英豪

摘 要：智慧城市的建设是信息时代发展的必然产物，而建立智慧城市的基础就是城市建模，但因其范围大、建筑数据多且复杂，普通的手工建模或其他半自动建模方法不再适合建设智慧城市这种超精细化模型，但三位激光掃描因其能够进行高分辨率大面积的物体扫描，快速地获取到物体表面各个点的空间坐标、RGB颜色以及反射率等信息，能够更好地助力智慧城市的建立，在城市规划、道路监控、古迹修复等领域均有应用价值。三维激光扫描技术解决了城市在建设过程中对大量数据相关细节信息的获取，促进了在建设智慧城市过程中内部信息化、智能化的实现。

关键词：三位激光扫描;BIM;CIM

自2012年中央出台《国家智慧城市试点管理暂行办法》以来，中央发布的有关于指导智慧城市该如何发展的政策逐年增加。2017年，"建设智慧城市（CIM）"被写入了十九大的报告当中，所以很明显，智慧城市的建设已经上升到了国家战略的层面。在2018年的11月，住房和城乡建设部发布了《多规合一业务协同平台技术标准》，以激励有条件的城市可以在BIM的基础上来打造CIM 。经过了两年多的摸索与探索，我国在智慧城市信息模型的建设方面已经有了丰富的实践经验和扎实的理论基础，但社会各界学者就CIM模型的实际用途与方法并没有一个统一的共识。

什么是 CIM？那就必须必须从 BIM说起。 BIM是指工程建筑信息模型。简单来说，BIM就是紧紧围绕工程建筑项目从设计方案，工程施工到最终的运营的全生命周期，将全生命周期产生的各类信息内容整合在一个三维数字化模型中。

BIM这一高集成度的三维模型的使用，极大地提高了工程建筑的信息化管理水平，为工程建设项目中涉及的多方工作者提供了工程项目信息交换和资源共享的服务平台。盛行于建筑工程行业的BIM技术，现已得到广泛认可和应用。它使得建筑工程更加高效环保和安全，能够有效降低项目的总体成本。当然BIM在提供精准的地理位置、建筑物周边环境和空间地理信息分析上有不足之处但GIS技术却恰好可以弥补BIM技术的不足之处，来确定建筑物的地理位置以及对其周边的环境进行空间分析，使得整个模型信息更加完善全面。通过BIM与GIS技术的融合，使得BIM技术的应用范围再也不局限于单一化的建筑物，可以拓展到建筑群以及道路、隧道、铁路港口水电等工程领域。BIM技术能够整合城市内建筑物的各类信息，GIS技术则是整合的建筑物的周围环境信息，将这两种技术结合，信息整合，这样就得到了一个包含着各类城市信息的数字化城市模型，这也就引出了CIM的概念。

CIM指的就是城市信息模型，是将城市各类信息与三维城市空间模型有机结合的一个综合体。从狭义上来讲，CIM其实就是将GIS与BIM数据的有机结合，属于智慧城市的建设的最基础的数据。也正是由于融合了BIM技术和GIS技术，CIM的最小化单位可以精细到城市建筑物内的一个小构件，是他与传统的数字城市相比，让人能更直观的感受和掌握实时动态，从而让管理者能够对城市做出综合管理和精细化管理。

三维激光扫描技术是直到二十世纪九十年代中期才出现的新技术，在测绘领域内，是继GPS技术之后的又一次重大的技术革命，通过高速激光，能够进行高分辨率大面积的物体扫描，快速地获取到物体表面各个点的空间坐标、RGB颜色以及反射率等信息，再通过对这些大量密集的点信息处理便可以快速建立出一个一比一的彩色三维点云模型。他相较于传统的单点测量更加的高效，精度更高。三维激光扫描其技术能提供扫描物体表面的三维点云数据统计，因此也能用于获知高精度高分辨率的数字三维模拟，目前各种高速激光照射扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据，大量的空间点位信息。

建立智慧城市的目的就是想以先进的信息技术理念，对城市进行智慧管理，以此为市民提供良好的生活环境，因此，能不能对城市内各项活动进行实时的监控就显得十分重要。而三维激光扫描技术就能够让我们很好地对城市的环境进行监测，掌握地表资源的获取情况，进行城市建设规划等。通过对由三维激光扫描仪获得的高精度、密度的点云数据进行分析计算，我们能够快速掌握路面的凹凸偏差值，从而掌握城市道路的平整度变化，及时修缮有问题的道路。对于城市内的绿化，我们也可以利用基于三维扫描技术的三维激光实景技术，以此对城市绿化进行可视化管理，建立数字园林信息管理平台，实现对园林实景以及各类园林内树木的品种、年龄、树木进行可视化管理。运用于学校、医院这类公共建筑，利用三维激光扫描进行建筑建模，将三维建筑模型叠加管线等数据，即可进行人员紧急疏散线路制定、设备管理等应用。

此外，三位激光扫描还可用于对历史文化建筑的修缮工程，在修缮工程中，由于古建筑大多体型较大，构造轮廓复杂，内部构造繁复，且精确的BIM模型的建立，少不了准确可靠的CAD图纸的数据作为依据，如果适用老一套的测量方法，将会无可避免的花费大量耗时且成本昂贵的，难度系数还不低的测量。而采用三维激光影像扫描技术，因它是扫描式的而非人为或者机器接触目标建筑物的测量，所以能在最大程度不损伤目标建筑物的前提下，迅速采集古建筑物内外部构造的精确数据，还原出一个切实的实景彩色图像，它既能为修整维护古建筑和BIM建模提供可靠的数据支撑，也能作为历史数据，留存后世，为往后建筑后期的可能的修缮提供历史记录。

总而言之，智慧城市的建设在国内外许多地区已经展开，并取得了一系列成果。智慧城市的建设需要我们加大对新型技术的应用，依靠先进的技术解决以往工作中存在的问题。三维激光扫描技术解决了城市在建设过程中对大量数据相关细节信息的获取，促进了在建设智慧城市过程中内部信息化、智能化的实现。

作者简介：

周泽超（2000-），男，汉族，江苏无锡人，徐州工程学院工程管理专业本科在读。