三维激光扫描在建筑规划竣工测绘中的应用

谭睿

（贵阳市测绘院，贵州 贵阳 550081）

0 引言

三维激光扫描是一种可以迅速获得地物高精度三维信息的全新技术，相比以往的数字测量方式，其可以更加全面、迅速的获得捕捉目标三新信息的特征，另外具有诸多优势，比如高精度高、高效率、成本低等。在建筑工程领域当中，竣工测量是一项非常关键的工序，主要是在完成建筑施工后，全方位测量建筑物，包含了楼体层高、建筑物和四周关系、四周规划道路等。许多地区的竣工测量都已经将CAD 平面测量作为主要方式，其可以给管理人员提供有价值的信息数据，但在城市建筑持续发展下，这样的方式已经满足不了竣工测量的要求。本文结合建筑规划竣工测绘中运用三维激光扫描技术的具体状况进行分析，具体如下。

1 建筑规划竣工测绘概述

建筑规划中的竣工测绘工作包含了很多方面的方面，比如测量建筑物高度、绘制1:500 的地形图和测量室内地坪等。根据过去的规划测绘模式来分析，通常都是利用水准仪配合全站仪等设备完成的，当中涉及了测量二维平面，部分地区还添加了测量面积、楼高等数据，但是随着社会经济的飞速发展，促使城市规划管理的内容越来越多，以往的二维竣工图已无法将建筑物的具体形状、建筑物和周围物、地间的联系等全方位展现出来，无法精准提供建筑物风格等关键因素，难以切实有效符合规划管理的具体需求[1]。

2 三维激光扫描概述

三维激光扫描是一项全自动扫描的技术，精准性高，可以在较短的时间里获取物体表面的影像数据以及连续三维坐标，对比，此技术也被叫做实景复制技术，其是测绘领域技术领域的一次革新。相比GPS 测量技术和全站仪，三维激光扫描技术具备很高的信息获取率，并且采样点数多，能够全方位避免以往的测量点信息应力分析中出现的局限性、片面性等不足，具体来讲，就是可以更好的处理以点带面分析的问题。对比近景摄影测量技术，虽说此项技术无法创建持续三维模型，但是它具有很高的作业效率，信息处理操作也十分简便，能够在短时间内建立测绘的三维模型，具有十分广泛的应用前景和发展空间。因为激光扫描中的三维数字化测量技术主要是基于以往的测量技术演变而成的，通过激光扫描仪，能够高效的获取点云数据，将外业活动转变成内业活动，大大缩短了外业工作时间，除此之外，还可以更好的降低工作强度，有助于持续有效的提升工作效率。

3 建筑竣工测量存在的常见问题

因为现代建筑具有复杂性特点，所以导致竣工测量工作极易发生各种问题，具体如下：①一些控制点难以实现测量作业。导致出现这一问题的原因主要是，在城市建设期间会发生的道路修建、人为破坏等情况，甚至会出现严重损坏控制点位置的问题，所以促使竣工测量的难度大大增加。②测量技术无法顺应社会发展，难以满足现代建筑竣工测量的具体要求。以往的竣工测量技术主要是把棱镜当成辅助工具，但是许多建筑物结构无法符合棱镜的安装位置，在这样的状况下测量人员没有办法全方位开展竣工测量作业，导致测量结果科学性不强。③以往的测量方式在完成工作之后要在图纸上绘制出测量结果，但图纸只能呈现出二维机构，无法让相关人员更加直观的了解建筑物的基础情况，尤其是复杂性较高的建筑物。④现阶段，很多建筑物都不再是单一固定的形状，时常出现一些不规则的形状，所以导致竣工测量作业变得越来越困难，对于以往的测量技术一次只能获得单个参数来说，需测量很多次才可以完成对形状不规则建筑物的测量，使测量工作变得很复杂并增加了作业量。

4 三维激光扫描技术

4.1 仪器及软件

项目部分的重点工作人员使用RIEGLVZ-400 型号的激光扫描仪，其是一种具备极高精度的仪器。在进行扫描工作的时候，通常控制扫描距离大约在30~160m，扫描范围是垂直角度100°乘以水平角度360°。当前我国新研发出一项点云数据综合处理平台技术，也叫做点云处理软件。此项技术主要是对于海量级别的城市，利用点云适应简化方法进行计算，同时创建三维激光点云多分辨率结构，外存点云存取体系，结合GPU 硬件，能够全方位推进此项技术的应用，同时还可以达到还量点云的动态化渲染，实现高效的索引机构技术。高效性的搜索引擎和点云管理等技术，可以积极有效的改善海量点云技术在使用期间出现的各种问题，比如三维精细建模、自适应抽稀以及高精度自动配准等等。通过与点云模型的测图要素智能化提取、三维空间量测等技术进行结合，能够对软件技术进行持续优化，并且完成我们国家常用测图技术的集成与衔接[2]。

4.2 优势

三维激光扫描技术可以测量所有环境下的建筑物体，不管复杂性多高，都可以不直接接触被测建筑，迅速获得建筑物体的三维坐标信息，信息具有很高的精准度和密度，此项技术具备的优势能够给现代城市的建筑竣工测量作业提供强有力的支持和保障，切实有效的提升了后续建筑竣工测量的效果和质量。

4.3 原理

三维激光扫描系统是通过便携电脑、数码相机、扫描仪和软件平台等部分组成，另外还包含了部分附件设备。当中扫描仪是一种主要的传感器，在实际扫描建筑物的时候，首先应利用控制平台的激光脉冲二极管发射信号，然后再通过的转棱镜的发射到目标上，探测器收到反射信号之后在记录器上进行记录，再转换处理获取的信息数据，完成处理工作之后输送至控制平台中完成建模。在具体操作过程中，一般在设置的控制点放置扫描仪，后视点放置靶标球，对附近建筑获取的点云具备和控制点坐标相应的距离、方位角以及高低角进行扫描，然后再通过坐标换算获取点云所有控制点和扫描点坐标系相应的三维空间坐标。

4.4 流程

在实际进行三维激光扫描测量的过程中，应严格根据下面的流程开展：首先是控制测量。把控制点当成三维激光的扫描点，另外在此基础上配置扫描获得的信息数据，从而保证系信息都可以被安排到相对的坐标系下。其次是野外激光扫描。在实际进行野外激光扫描的过程中需要设计好方案，以此防止遭到信号被障碍物遮的情况，防止发生扫描漏洞。最后是处理竣工数据。此项工作主要是把获得的信息数通过云数据进行云数据、创建模型、点云配准，然后对平面图的测绘、距离和面积等信息进行计算。三维激光扫描技术不但具备数量大、测量快速等优势，还具有良好的可靠性与真实性，尤其是在对不规则与结构复杂的建筑物进行测量的时候，其能够体现出更大的优势，全方位提升了测量工作的质量和效率。

4.5 三维激光扫描方案

由于各个地区都存在相应的差异性，在选取扫描方案的时候需要结合实际状况进行分析，应和已经控制好的点分布特征状况进行全方位结合。首先是坐标系扫描法。靶标和扫描仪在扫描期间都能够直接放在设计好的控制点位置，有助于减少扫描程序，提升工作效率，内业利用已经获得的信息数据，对点云的方向与位置进行确定。其次是碎部控制扫描法。这样方式的扫描仪在扫描期间不需要放置在设计好的控制点位置，外业仅需使用基础测量方法获得云中的有关信息，从而获得三维坐标的准确位置。内业能够直接使用各个测站间的同名碎部控制，实现对有关信息的定向以及额配准。最后是靶标配准法。在扫描期间不需要放置在设计好的控制点位置，利用两个临近测站超过四个的靶标，对两个临近测站之间的位置关系进行确定，在具体操作期间仅需获取较少的碎部控制点。内业利用同名靶标球实现标准匹配相邻站点云，能够对整体点云的方向进行直接确定。利用测量测区内卫星信号的弱感以及强感的方式，能够在测量区周围观察到具体的控制点状况、测量区的实际范围，能够结合以上各种内容与因素，建立时效性较强的方案，从而更好的达到简化操作流程、减少外出作业时间、点云数据全面等需求[3]。

4.6 数据处理和成果制作

数据处理与成果制作包含以下两个方面。

（1）处理初步点云数据。通过商业软件技术，根据有关流程实现精准配准对点云数据，在具体操作期间，为了更好的符合二维成图的具体设计需求，获取全新的设计观念，需要对点云信息实施抽稀以及合并处理。抽稀以及合并软件是我国研发出的一种全新技术，是现阶段使用范围比较广泛的一项技术，并且获得了十分理想的运用效果。

（2）制作成果资料。结合已经绘制好的二维测区地形图，针对建筑规划的规划审批材料、许可证附图等内容，设计出具备实效性的竣工测绘总平面图、1:500 套红线地形图以及竣工测量规划复核图等，能够对建筑工程及其周围的具体状况进行确定，以此给后续有关工作的顺利进行提供良好的条件。

5 三维激光扫描在建筑竣工测量中的应用

5.1 获取外业数据

要想获得外业工作的信息数据，就必须要架设测站，但是因为被测建筑物有有很多的被测面，所以，需要架设好几个测站才可以实现采集数据。但是把好几个测站的信息数据整个到一个坐标系里，需要临近的两个测站重合位置的特定反射参照点，把它当成拼接临近测站信息数据的依据。通常状况下，需要大概六个这种特定的反射参照点，而测量测站位置的控制点坐标需要利用实时动态载波相位差分技术（Real-time kinematic,RTK)来实现。

5.2 测量数据预处理

测量数据的预处理包括以下两个步骤。

（1）修补点云和去噪。在进行三维激光扫描时获得的初始点云信息可能存有很多的空洞以及噪音，导致初始点云质量不理想，所有需要对其进行修补和去噪处理。通常先消除很大的噪音，然后再进行充分去噪同时进行交互式修补。

（2）信息配准。因为采集信息数据的方法存在一定差异，所以信息配准工作也不一样，主要包括后视定向配准与站站间配准两个。当中站站间配准需要先进行粗配，可以通过同名特征点的方式进行，此方式适合用于同名特征显著的点，所以最少需要4 个同名点，并且需要尽可能选取尖锐的地物点。另外是人工交互式移动测站，将没有配准的测站移至已经配准测站的相对位置，其标准为自动精度匹配。粗配完成之后通过软件进行自动精准精配，从而提升配准的精确度，只有控制误差不超过0.01m 才可以进行下一站配准。而后视定向配准主要是对初始测站通过靶标进行配准，在后视定向配准模块中输入靶标与测站的坐标后进行配准，对整个点云信息的全局坐标进行明确[4]。

5.3 建模

三维建模主要是把大量离散的三维空间点转换为集中的三维模型的过程，以此将被扫描物体的空间形态精准的体现出来。通常使用拟合的形式构建三维模型，拟合点云的时候应选取固定位置的点云信息，然后再进行切割、延展以及对齐，最后对单元模型的材质和颜色进行合理编辑，以此加强模型的三维效果。

5.4 绘制立面图

在验收建筑物的过程中，对其竣工立面图进行充分核对是一项十分关键的内容，对比竣工立面图和施工企业提供的立面图，可以清楚的观察到立面图的具体尺寸与相关标准是否相符。先使用软件投影点云数据三维模型的主立面，然后再尝试进行量测，将绘图交换文件进行输出，导入CAD 软件，利用规划管理工程模板和数码相机获得的高清图片，详细绘制立面线划图。在建筑竣工测量中运用三维激光扫描技术的根本目的主要是创建目标物体的三维模型同时获取断面图，落实好测量和计算面积等工作[5]。

6 结语

根据以上论述可知，随着各种科技的快速发展，出现了三维激光扫描这种全新的技术，给诸多行业的建设和发展营造了有利的条件。三维激光扫描技术突破了以往测量技术的限制，很好的减少了施工时间，提升了作业效率，能够给建筑单位节约很多财力、物力以及人力。因为此项技术具有良好的特性，所以其在建筑竣工测量中应用能够获得显著的优势。为了保证三维激光扫描技术在建筑规划测绘行业中的广泛运用，促进建筑领域的稳定发展，有关单位应积极学习和引进国内外各种先进技术，同时对其开展更加深层次的研究。