三维激光扫描技术在古建筑测绘中的应用

三维激光扫描技术在古建筑测绘中的应用

王文博

新疆西域丝路文物保护工程有限公司， 新疆 乌鲁木齐 830091

摘要：三维激光扫描技术具备精度高、效果好以及主动性等优势特征，所以近些年被广泛的应用到了建筑仿真、文物保护、古建筑测绘测量等多个领域。但是，该技术由于发展和应用时间还比较短，所以在古建筑测绘测量中的应用依旧处于初步阶段，还存在很多难点需要进行解决。三维激光扫描技术运用于古建筑测绘测量工作中，可以说是一种全新的尝试，能够在古建筑测量作业中，缩减消耗的时间，提升工作效率。

关键词：三维激光；扫描技术；古建筑测绘测量应用

三维激光扫描技术的推出，是在以往GPS空间定位系统基础上的一次技术突破，其直接打破了以往传统测量的方式，直接激光扫描的形式，可对大面积范围进行高分辨率扫描，并以此形成的三维坐标数据。近年来，三维激光扫描技术开始被广泛的运用在工程、古建筑测绘测量、建筑和文物保护以及断面体积测量等多个方面。以往常用的古建筑测绘测量方式主要是CPS-RTK测图以及数字摄影等方式，而采用此类方式所需的工作量普遍较大。而采用三维激光扫描，则能够实施高密度、高精度以及高速度的测量，减少外业工作时间，提升了测量工作的效率。

1三维激光扫描技术的特点及原理分析

三维激光扫描仪类型比较多，通常情况下根据扫描平台的不同，可以将其划分成机载激光扫描系统、便携式激光扫描系统以及地面型激光扫描系统等。比如，日常测量过程中应用较为广泛的地面型三维激光扫描系统，其实际的工作原理为：三维激光扫描系统由脉冲发射器将脉冲信号发射至表面。此时物体表面在将脉冲信号漫反射之后，使脉冲信号按照同样的路径返回至信号接收器，从而完成精确计算目标点与扫描仪之间距离的目的。另外，每一个激光脉冲所产生的横向扫描角度观测值和纵向扫描角度观测值都可以由精密时钟编码器进行测量和计算。三维激光扫描的工作过程主为数据采集、数据预处理、几何模型重建、模型可视化、成果输出等几部分组成。在这其中数据采集所发挥的作用是为模型的重新构建提供精确的点云数据，从而达到有效降低模型重建复杂程度，促进模型精确度和运算速度的目的；而数据预处理则主要是进行所有点云数据的过滤。

1.1三维激光扫描技术的特点

三维激光扫描技术的应用，有效的打破了传统单点测量的方式，其和以往所采用的传统方式相比，具有明显的的优势。该技术的运用可充分的提供扫描物体表面的三维点数据，甚至一些高精度和高分辨率的数字模型也可直接通过三维激光扫描技术来收集。三维激光扫描技术的特点，具体概括主要是能够实现三维扫描和快速扫描2个方面：

（1）三维扫描，在以往传统的古建筑测量概念当中，通常最终输出的数据都是以一种二维的结果来呈现，在测量当中所采用的全站仪、GPS测量等，所测量出来的数据都是二维的形式。而三维激光扫描技术的运用，其测量数据所涵盖的范围非常大，像RGB颜色信息、XYZ点信息等，乃至是物体本身反色率的信息也进行测量，这些都是传统测量方式无法实现的。

（2）快速扫描属于扫描仪推出时所形成的概念，一般快速扫描的测量速度可直接达到1000点/s，而采用常规的测量方式，通常都会浪费2~5s。三维激光扫描技术的推出就有效的改善了此类情况，极大的提升了工作的质量和效率。

1.2三维激光扫描技术的原理分析

在采用三维激光扫描技术进行测量时，通常可直接利用光来测量对象表面的三维坐标，这样就能真正实现三维场景提取和重建的目的。一般完整化的三维激光扫描系统都必须具备激光测距系统、高精度动态差分定位系统以及高精度动态载体测量系统等。其最好是能够事先由激光脉冲管来进行脉冲信号的发射，并由此通过旋转棱镜来最终射向对应的目标，然后可借助探测器来对反射回的激光信号加以接收，并通过记录器来将全程产生的信号进行详细的记录，最终由此转换成数据信息的形式。具体要求测绘人员需通过数据信息加以识别，借助软件处理之后，最终实现建模的输出。

2应用问题

三维激光扫描技术在实际应用的过程中，仍然出现了很多问题。如果测量数据处理所使用的计算机无法达到三维激光扫描技术要求的话，那么必然会影响到数据测量和计算的工作效率。因此，为了有效的促进三维激光扫描技术应用效率的提升，必须采取积极有效的措施，提高数据处理计算机的硬件配置，才能避免其对最终的数据处理和计算，以及测量工作的顺利进行产生严重的影响。另外，三维激光扫描技术在实际应用的过程中，也会因为地表植被而影响其测量数据的准确性，如果在实际测量的过程中没有及时解决这一问题的话，那么不仅会对数据测量的精确度产生严重的影响，同时也会影响到影像测量的准确度。测量技术人员在测量工作开展的过程中，所采用的操作方法也是影响数据测量完整性的关键因素，如果测量人员操作能力无法满足三维激光扫描仪的技术要求的话，那么必将会影响到古建筑数据测量的准确性和精确性。

3三维激光扫描技术在古建筑测绘测量中的应用

3.1数据的采集

采用三维激光扫描技术测量古建筑测绘情况，首先需要进行古建筑数据的采集工作，针对测区范围内的环境实施严密的考察，从而以此来明确其扫描仪、标靶以及测站数的详细位置。同时需要大力保证其各个扫描站最终所获取的数据能够真实的反映出测量范围的完整区域，并且在测量的过程中，需要尽可能的减少测站数量，由此来降低原始数据量。此外，还需保证纹理数据和点云数据2种数据形式的同步获取，这样才能方便往后数据的匹配处理，并且还需要结合多种不同的比例尺需求来进行相应采样精度的选择，并以此实施逐站扫描的作业。

3.2数据的预处理

对激光点云数据的处理方式具体包含了点云匹配、噪声消除、分割、坐标以及图像匹配等等。通过对多个站点的扫描能够将所获取的点云数据实施正确的匹配，然后可将其有效的统一到一个坐标系当中，这样才能方便对扫描目标实施定量化和建模分析。其匹配的过程主要采用2种方式：（1）直接将所扫描的同种规则形状目标当值匹配的公共点坐标，并将多站点的点云有效的统一到某个特定的坐标系当中。（2）结合GPS所测出的精确站点坐标，然后直接促使所有点云都可直接转换至固定的地理坐标系统当中。采用这种方式就能真正有效的获得点云所在的真实地理位置，从而更加便于其后期和其他遥感数据的协同分析。一般在配准的基础之上，直接采用手工点云选择的方式进行噪声消除，一般其中所包含的噪声主要是电线杆、空气漂浮物以及房屋等等。然后可针对处理的点云实施分割，对目标对象实施建模处理，最终以此将所获取的清晰纹理照片直接和点云实施配准，这样就直接提供了有效的纹理信息。

4结束语：

综上所述，三维激光扫描技术本身具有精度高、效率快以及扫描细致的特点，将其运用在古建筑测绘当中，能够极大降低工作人员们的工作强度，缩短操作时间，有效的提升整个测绘工作的效率，最终获得满意的效果。在古建筑测绘成图中应用三维激光扫描技术，对以往传统测绘工作的有效补充，因为该项技术真正具备其他测绘方式所没有的优势。

参考文献：

[1]杨茂伟.三维激光扫描仪在地质灾害古建筑测绘中的应用[J].测绘通报，2016（5）：145-146.

[2]张元，高峰.三维激光扫描技术在地质测绘和工程测量中的综合应用分析[J].科技创新与应用，2017（8）：291.