三维激光扫描技术在城市建筑工程竣工测绘中的应用研究

曹庆磊

（青岛市勘察测绘研究院）

1 三维激光扫描与城市建筑工程竣工测量分析

三维激光扫描技术是我国基于现有的测绘方案，融合先进技术所生成的一种新型测量模式。与传统的二维测量技术对比，三维激光扫描可以突破传统测量的局限性，直接获取测量对象的点云数据，能够为技术人员的精准分析提供全面精确的数据支撑，具有高效率、高精度的优势。该技术通过获取扫描对象的数据，生成更加直观、系统化的模型，在城市建筑工程竣工测绘中有广泛应用[1]。该技术利用激光测距原理，通过附带扫描在建筑测量表面设置的具有高发射性的靶标点，可以快速地生成被测量建筑的外形，并提供点、面、体等详细的数据信息，为后续工程竣工测绘提供参考依据。建筑工程竣工测量工作在工程改建、拓建完毕后，对建筑物的相关位置、面积等进行测量。现代建筑发展进度较快，异形建筑逐渐增多，如图书馆、剧院等。为了达到美观性需求，各地区造型均有差异。这些异形建筑对于测绘的要求较高，不仅要数据全面，同时还要具备可分析性、可操作性。三维激光扫描技术是一种非接触式主动测量系统，将准确的反映建筑的实际情况，在建筑工程竣工测绘判定中有非常重要的积极作用[2]。

2 三维激光扫描技术在城市建筑工程竣工测绘中的优势

三维激光扫描技术在城市建筑工程测绘中有独特的应用优势，改变了传统的单点数据传输模式，实现了数据自动分析以及密集处理。三维激光扫描技术进行大量点云数据采集、处理，提高了地形测绘的效率。与传统的测绘技术相比，三维激光扫描技术具备采样率高、安全性高、数字化优势[3]。

在采样率优势中，三维激光扫描技术精准获取地理信息，提高数据的收集效率。三维激光扫描技术在城市建筑工程测绘中将会缩短测绘时间，提高测绘效率[4]。三维激光扫描技术的覆盖面积极高，且通过1 次～次扫描就可以精准地获取空间信息，避免重复测量所带来的不便。在实际应用中，完成数据采集时三维激光扫描技术还具备抗干扰能力。不受外部环境影响，如不良天气、较低或较高温度等，不间断完成实时动态监测。

3 三维激光扫描技术在城市建筑工程竣工测绘中的关键技术

3.1 现场分析

三维激光扫描技术在城市建筑工程竣工测绘中，可以提前进行现场分析。考虑工程测绘技术的地区有一定的差异，不仅包含地区差异，也包含了建筑外形差异。在进行三维激光扫描工作前，要进行区域地形特征收集，确保最终的测量质量，使测量工作能够顺利开展。三维激光扫描仪对所有参数进行调节，对目标测量区域进行实地考察，并确定信号。在此过程中，要选择广阔的工作站，才有利于获取测量区域的数据，从而提高地形测量的精准性。在测量技术确认中，尽可能提高并维持理想的测量标准，减少原始数据收集过程中出现的模糊以及漏测、误采等问题。

3.2 数据采集

在数据采集中，包含三维激光摄像机调试、三维激光扫描架建设、三维激光数据收集以及三维激光数据交换[7]。

在摄像机调试中，为了保障三维激光扫描的精度，提高摄像的时效性。拍摄照片的清晰度非常重要，要考虑光线以及曝光时间，使摄影测量精准性得到保障。在雨雾天作业时，三维激光扫描技术可以解决传统测绘摄影中存在的“雾气”问题。例如，延长拍摄时间或进行多组拍摄，取得精准的样张。

在三维激光扫描架建设中，地面的平整度非常重要，避免出现扫描仪不稳定或倾斜等问题。在扫描过程中，扫描仪需要自由旋转，以便获取精准的采集数据。在旋转时，激光扫描仪不可接触任何物体，以避免产生意外。

在数据收集中，扫描仪所获取的数据不仅能够便于计算机查看，还需要具备理想的兼容性，便于工作人员使用手机分析数据。

在三维激光数据分析中，当某一区域扫描完毕后，可分析扫描的数据是否出现失误，若无失误才可进行下一区域的扫描。数据分析的优势，在于合理划分扫描点。例如，将扫描点划分为A大区域、B大区域、C大区域。A大区域划分为a1、a2等小区域、B大区域划分为b1、b2 等小区域、C 大区域划分为c1、c2 等小区域。在通过逐步扫描后，创建对应的项目名称，实现数据录入。录入结束后可重置或保存相机相关的参数，实现精准测绘分析[8]。

3.3 数据整理

数据整理包含了平滑去噪、连接以及点云修复。

在平滑去噪中，当采集到的元素以及数据进行融合时，必然会产生干扰。其中，最明显的便是外部元素以及内部元素之间的冲突。平滑去噪处理使用中值、平均值、标准高斯过滤器进行处理。

在匹配连接中，点云数据以及坐标数据要求对应，实现合并。例如，匹配连接方法的坐标系，要结合工作目标以及坐标系，融合点云的要求，实现有效测量。

点云数据修补时，受不可控因素影响。例如，三维数据扫描时，部分区域有可能会出现无法扫描等问题，导致点云数据出现遗漏现象，不利于后续建筑测绘工作的开展。因此，必须要集中修补点云空白，使用现场校准法以及电源插值法，进行数据的妥善修复以及均值分析。

4 三维激光扫描技术在城市建筑工程竣工测绘中的应用

4.1 基本流程分析

在流程分析中，必须要采用三维激光扫描技术对建筑工程进行竣工测量以及验收，如着重对“控制测量”以及“外业扫描测量”、“竣工图核对”等工作进行分析。

例如，外业扫描测量是要完成外业数据的采集过程以及拼接过程。如对某控制点架设三维激光扫描仪，对仪器的数据进行校准分析，与另外一测量点进行融合。在控制的核心区域，对靶点进行整平、校准工作。对测量建筑的外形参数进行采集，随后生成点云数据，找到点云数据的靶点位置，进行精细的二次扫描（补扫），获得对应的靶点坐标。整理相应数据，完成拼接。外界点控制测量以及扫描数据的采集，使用对应软件进行拼接处理。例如，导入文件，将获取的坐标点输入文件操作系统，随后建立数据档案。新建文件选择对应坐标点并输入，获得建模数据。导入对应的数据文件以及控制点坐标文件，软件会根据已选择的参数自动计算出点云数据的旋转矩阵，并将检验数据细节进行补充完善。对所有的数据进行后视定向的匹配操作，就可以保障每一组数据的坐标转换合理，且能够与对应的坐标系匹配。各点云数据通过精准操作后叠加，就形成了统一的整体数据。基于测站点以及后视点的采集方法，使用的主要方法为带状测量、分方测量以及地形测量。

4.2 采集建筑数据

在控制测量中，要满足卫星定位。城市测量技术规范要求布设一级的静态GPS 控制网，控制点根据工程的实际需求，可控制4 个、6 个、8 个区域测绘范围，涵盖整个建筑区域。为了避免在测量过程中出现的偏差性，区域周围可以适当延长一段距离。在控制网点中，所有的平面控制以及经度起点范围都要以基准控制点为尺寸点。采用一级GPS 控制网，不仅能够保障规划验收测试的精度，还能够将验收成果纳入平面坐标系统以及高程系统进行实时分析。使用的三维激光测量仪，反射距离应保持在200m～300m 为宜。卫星定位以及GPS 控制网二者属于绝对定向模式，而另一种无靶点相对定位模式则是要在扫描的过程中建立扫描表，提高作业速度以及匹配效率。

4.3 实现数据处理

在实时数据处理中，掌握合理原则。数据处理是整个竣工测量工作中的重中之重，保障数据处理工作的精准，就是保障整个测量结果的科学性。例如，在数据处理中，要进行点云数据的强化更新。在三维扫描中必然会受周围植物、建筑本体等影响，导致扫描点云的质量较差，部分点云数据甚至有模糊问题。在后续通过补噪、修复等技术，以提高数据的针对性，缩小误差。此外，对于建筑面积的计算，要选择合理的采集厚度，对已采集的三维点进行切面处理，提取具有特征值的基准点。随后，通过上述方法获取特征线，借助专业绘图软件绘制建筑三维图，最终得出建筑整体面积。在立面测绘中，结合建筑物的竣工需求，在测绘时对点云三维模型进行立面投影处理。将所有的数据输入至专业绘图软件中，获取高清晰的图片。此外，可以使用切片绘制以及地形绘制方法。例如，切片绘制将解决建筑层次复杂采集问题，对于某些异形建筑，切片绘制将会精准的分析建筑轮廓线。利用切片方法，通过横切面数据进行描绘。而地形测绘方法则是考虑点云数据过稀，无法判断明确情况的问题。则可以利用高层优势，使用高层空间进行伪色彩渲染，从而使整个测量对象更容易进行判定。

4.4 掌握时机施工

掌握合理的施工时机，综合分析数据。例如，在完成上述环节后，技术人员必须要分析数据信息。对比传统的测量以及实际测量数据之间的差异，在建筑竣工测绘中，以17层建筑为例。考虑建筑高度以及两栋建筑之间的差异，二者之间有一定的中空。使用传统的观测仪，无法获取精准数据。而使用三维激光扫描获取数据，就可以精准的得到前者数据为3132.4km2，后者则保持在3133.1km2，二者之间差距较少。因此，三维激光扫描技术在建筑工程中的竣工测量将会发挥积极优势，保障建筑的精准性。

5 结语

综上所述，随着我国城市化进程的不断推进，我国建筑数量将实现增加。这在无形中对测绘工作提出了更高的要求，技术人员在后续实践中，必须采用三维激光扫描技术。通过该技术的优势，对建筑物进行系统性的扫描，获取对应的数据信息，并进行分析研究。基于三维立体图，为施工人员提供更加精准、详细的规划，在后续工程竣工测量中发挥积极作用。