三维激光扫描仪在建筑物立面测量中的应用

三维激光扫描仪在建筑物立面测量中的应用

姜慧

   包钢股份工程服务公司   内蒙古包头市   014010

摘要：立面图是建筑物外观装修和景观改造设计与施工中的重要依据。传统的立面测量方法是利用全站仪采集单点数据，或者用皮尺或测距仪进行手工测量。这些方法对于结构复杂的建筑物来说，测量效率不高，精度也较低，无法准确反映建筑物的立面情况。三维激光扫描技术是近年来出现的新技术，它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势，在国内越来越引起研究领域的关注。文章阐述了利用三维激光扫描技术完成建筑物立面测量工作的操作原理与发展方向，并对其具体应用进行了总结分析。结果表明，三维激光扫描技术能大大提高工作效率，具有广泛的应用前景。

关键词：三维激光扫描；单点测量；点云；立面测量

引言：

三维激光扫描技术是继GPS诞生以来，测绘测量领域的又一次技术革新，其使测量数据的获取方式、数据处理方法以及服务水平与能力进入了全面的发展阶段。三维激光扫描技术改变了传统测量技术专业要求高、信息损失大、工作效率低等缺点，运用该技术可以对任何物体进行高效快速的扫描，并保证数据转化处理的便捷化，确保真实社会环境的最大程度的还原。三维激光扫描技术在建筑物立面测量中的应用，实现了高精度、无接触的快速扫描，解决了高层建筑物立面无法量测的问题。

1三维激光扫描仪的操作原理与发展方向

1.1操作原理

三维激光扫描仪是以激光测量距离，可以分析记录测物体反射率、三维坐标、建筑表层的纹理，并对被测物体点线面等相关数据实现快速提供，按照上述数据进行相应模型的快速构建并绘图，这对顺利开展后续工作意义重大。目前三维激光扫描仪市场上的流行仪器就是脉冲扫描仪，可对时间漂移理念实现合理运用。在如今社会上，三维激光扫描仪已经广泛用于诸多领域，如保护古代遗产、改造土木工程与建设、设计房屋建筑、规划建筑设计、认定交通责任、评估灾害等建设数字化城市方面。采用三维激光扫描仪全面扫描三维物体，并实现数据信息的及时获取，从而实现满足数字化物品建模的构建。

1.2发展方向

第一台三维激光扫描仪于20世纪60年代涌现，直至90年代才实现一款与之相符的激光扫描系统的成功研制，而且其开始在高速数据的测量范围投用，伴随该技术越来越成熟，其开始在城镇规划工作中投用。国内三维激光扫描仪也处在完善更新阶段，迄今为止，很多建筑模型的建设流程中都使用了扫描技术，此类技术发展到如今，已然变成测量地形。监控灾害等区域的重要技术。

2三维激光扫描仪的技术优势

在建筑物立面测量中，与全站仪等其他单点式三维数据采集方式相比，三维激光扫描仪具有以下优势：（1）对被测目标要求低。全站仪利用反射棱镜所在位置的坐标进行测量，被测物体必须在棱镜可以反射的地方，对于测量人员难以到达或危险性较高的区域不能进行测量，而三维激光扫描仪可以在不接触被测物体的前提下开展工作。（2）对观测环境要求低。全站仪由于需要棱镜瞄准，因此，测量工作的开展必须要在白天或较明亮的地方，而三维激光扫描仪可以全天候地开展测量工作。（3）测量精度高。全站仪与三维激光扫描仪都属于毫米级的单点定位精度，虽然三维激光扫描仪的定位精度比全站仪略低，但是目前在市场上流通的部分三维激光扫描仪已经达到了全站仪精度，可以满足建筑立面测量的精度要求。（4）数据获取量丰富。全站仪只能有限地对目标特征点的数据进行获取，而三维激光扫描仪采样速率高，可以获得高密度观测目标的海量数据，对目标描述更加细致。（5）透视投影并无变形，在摄影测量中，拍摄相片需使用透视投影，导致其变形相对明显，而激光扫描仪与全站仪相似可对距离与角度实现直接获取，因此其点位并未出现投影变形，所以点云结合影像后可能形成正摄影像，且具有较高的精准度；（6）不需要瞄准，激光扫描仪可对地面实现全面测量，因此地面上的激光扫描仪已经全面脱离必备物镜、目镜、瞄准器等，包括经纬仪、全站仪等设备，让外业员工无须承受大量观测任务所致的眩晕感，从而对外业进行自动测量。

3三维激光扫描仪在建筑立面测量中的应用

3.1建筑立面测量的特征

建筑物立面测量工作，要求具有较高的测量精细度以及较丰富的测量内容，需要全面收集建筑物外貌的详细特征数据，同时，建筑立面测量工作要求具有较高的测量与绘图水平。一般情况下，建筑物立面测量工作的工期都很短，这就要求工作人员要在较短的时间内获得足够精确的信息，无形中增大了测量工作的难度。以城市建筑立面测量工作为例，其测量工作的开展必将给城市中来往的行人、车辆带来一定的困扰，但是需要收集的数据信息却十分多，会给测量工作人员带来巨大的压力。因此，在建筑物立面测量中应用三维激光扫描仪可以对建筑物表面进行全方位、高效、快速的扫描，从而有效地降低了扫描误差，提高了工作效率，解决了传统的工作方式中的问题。

3.2点云数据的处理

首先，将测得的点云数据传输到TrimbleRealworks软件中，并在配准功能模块中应用自动化配准工具。该软件会根据不同测站中扫描点云的几何特点对是否属于同一平面进行判断，并且根据建筑物平面的几何特征，进行不同测站点云的配准工作。若存在个别测站计算机不能进行自动配准时，需要采取人工选择的方式进行同名点配准。在外业测量工作应用连接靶标球拼接测站点时，可以应用配准功能下的“基于目标的配准工具”开展配准工作。完成配准工作后，需要对点云进行去噪处理。运用三维扫描仪开展外业测量工作时，三维扫描仪会采集所有能发射激光信号的物体，包括建筑立面之外的车辆、行人、树木等，不仅增加了数据的分析量，还会影响对建筑立面的提取以及特征识别。点云数据进行分割完成后，应进行正摄投影。即在建筑立面的点云数据中选择同一竖直平面的3个特征点进行投影面定义，并通过数字正摄影像属性中的定向向量对投影面是否竖直进行检查。然后对图像像素、分辨率大小以及需要投影的点云区域进行定义，其中图像像素与分辨率的大小与点云密度相关，即建筑物立面中的点云数据量越多，形成的正摄影像的分辨率就越高。此外，数字正摄影像的颜色的定义可以以彩色代码亮度、真彩色以及弧度级等属性为依据，根据不同的情况，保证其可以更容易进行影像判读。

3.3建筑立面图的绘制工作

建筑立面测量工作中最关键的步骤是立面图的绘制，绘制的图形应能对建筑物进行全面还原，为相关工作的开展提供信息支持。在绘制建筑立面图时，需要运用有实际效果的绘图平台，其中最有价值的一种是Microsation平台。Microsation平台与计算机软件中的辅助设计系统具有良好的兼容性，可以导入已经收集处理好的点云数据，从而在平台中构建辅助坐标系统，为线化描绘工作的开展奠定良好基础，然后在此基础上进行投影的相关转换，最后进行标注修饰工作。在进行建筑立面图绘制时，除了应遵循上述的步骤，还应采取一些有效措施，保证数据的准确性以及绘制效果。

结语：

三维激光扫描仪是一种在建筑物立面测量中非常有价值的工具。它高效、精确，能够生成详细的测量结果，有助于提升建筑物立面的诊断和维护水平。但是需要注意的是，这种设备还需要一定的技术人员去操纵和处理数据，成本也相对较高。因此，在实际应用中需要根据实际情况进行综合考虑，来选择最优的测量方式。

参考文献：

[1]莫永强.三维激光扫描仪在建筑物立面测量中的应用[J].科学与信息化,2022(22):46-48.

[2]王波.探析三维激光扫描仪在建筑物立面测量中的应用[J].工程建设与设计,2018(2):22-23.

[3]姚培军,尹燕运.基于三维激光扫描仪和全站仪技术的外立面测量方法[J].岩土工程技术,2022,36(2):156-159.

作者简介：姜慧，1980.10.15，女，蒙族，内蒙古包头，大学本科。主要研究方向：建筑物检测。