三维激光扫描技术在房屋外立面测量中的应用

杨锦涛，董蔷薇

（1.南宁市国图测绘有限公司，南宁 530023；2.南宁职业技术学院，南宁 530004）

1 工程概况

沿兰海高速公路（良庆段）房屋外立面改造工作，计划对300户农房进行外观改造，该项目要求获取精度达1∶500 的建筑外立面测量数据，由于项目测区建筑物密集，房屋外部结构复杂、分布不均、样式不一，且测量工期紧，给建筑立面测量带来不小的挑战，如何快速高效得出建筑外立面数据是乡村振兴办工作的重要需求。

如采用传统全站仪单点数据采集，皮尺、测距仪等传统辅助工具测量建筑立面外业有主要以下不足：①全站仪单点测量，需多个特征点逐个测量，多次布点采集，高层建筑摆放棱镜或者激光找点比较费事，很多点都是靠手工来补充，用工成本高，工作强度大；②采集的数据是不含颜色信息的灰度点，造成房屋特征信息的识别工作难，找建筑物高的特征点容易出错，还容易产生重测需求，影响外立面图的绘制效率。

为了确保建筑物立面测量的质量和效率，高精度采集现场真实坐标数据，决定采用法如（FARO）三维激光扫描仪，该方法获取的全景照片和三维点云数据，既精确又全面，操作简单智能；三维激光扫描仪的扫描方式可以有效解决传统测量方式的不足，高效绘制房屋立面图，减少搬站次数，极大地提高整个工程项目的效率。尤其是其独特棱镜扫描技术，可更有效地控制测站之间的拼接精度，同时便于后期代入坐标系；通过法如（FARO）快速获取的高精度三维点云，结合配套软件生成点云模型，再利用CAD进一步绘制立面图成果。

2 项目实施

2.1 现场踏勘

项目建筑分布于高速公路两侧，为多排2-3 层小楼房组成，每排之间具有约1.5 m宽的狭小巷子，延伸比较远，需要单独扫描。整个区域是比较狭长的带状区域，为了保证重复设站的覆盖完整性和数据可靠性，在外业作业前先结合奥维影像数据在现场布设测站位置（见图1）。

图1 设站位置分布图

2.2 仪器与人员安排

外业仪器：法如（FARO）三维激光扫描仪1台

内业：电脑1台

软件：法如SCENE，Autodesk ReCap，2019CAD

人员：2人

2.3 外业采集数据

扫描仪大致安置在分布图的位置上，不需要对中整平，大致水平即可，新建项目，然后设置相关参数，按下测量键（扫描键）即可工作（同时采集点云和全景影像每站需4.5 min，仅采集点云只需要1.5 min）。

2.4 数据处理

（1）数据导入与拼接。在SCENE 软件中新建项目，一键拖拽导入智能拼接，选中集群进行扫描处理，自动完成数据拼接。如出现因重叠率不够而导致出现不能拼接的测站需要通过手动平移进行匹配处理或者建立多个集群进行布置扫描、固定扫描等手段进行处理，直到进去亮绿灯即为通过。

（2）创建点云。把拼接好的各个测站或者集群的点云合并为一个点云数据文件。

（3）导出项目。把点云数据导出为后缀是.rcs的数据文件。

（4）数据转换。打开Autodesk ReCap软件，通过软件把rcs数据转为CAD可以读取的rcp点云数据格式。

数据处理见图2。

图2 数据处理

2.5 立面测图

（1）数据调用（见图3）。打开CAD2019，新建DWG文件，修改图形实用工具中的单位为毫米。然后插入，附着点云，选中rcp 文件，出现点云加载截面后需注意检查点云单位是米，单位因子是1000。

图3 数据调用

（2）坐标定义。输入命令ucs，选中需要绘制立面的建筑的一个墙角为坐标系原点，墙面为坐标的横轴，旋转鼠标当角度值出现45°的时候点击左键，生成独立绘图坐标系。

（3）数据裁剪。选中点云数据，使用cad中的矩形裁剪功能，得到单独每一幢房子或单个面墙的点云数据，排除其他点云对测图的干扰（见图4）。

图4 坐标定义、数据裁剪

（4）正投影图。调整视图，生成每一个建筑墙面的正投影图图，然后输入命令ucs，选中ucs 中的视图来切换绘图截面，此时正射图细节丰富且全面，让作图人员一目了然，快速判别地物（见图5）。

图5 立面测图

2.6 成果展示

经数据处理后，成果图见图6。

图6 成果图

3 结语

通过项目实践，采用地面三维激光扫描技术进行房屋外立面测量能有效提高测量效率，获取更多的外立面点坐标，提高外立面测量精度，特别在测量表面复杂的物体及其细节方面优势更加明显。