三維激光掃描儀在建筑立面測繪中的應(yīng)用探究

李梅

摘 要：在建筑工程的施工建設(shè)與管理中，工程測繪必不可少，測繪準(zhǔn)確性、全面性都將影響工程建設(shè)水平。如今在建筑工程的測繪工作當(dāng)中。三維激光掃描儀的應(yīng)用越來越重要，對提高工程測繪水平做出了重要的貢獻(xiàn)。本文以建筑立面測繪工作為研究對象，基于相關(guān)實(shí)際工程案例，先闡述了三維激光掃描儀及相關(guān)技術(shù)的基本原理和工作模式，然后重點(diǎn)分析了建筑立面測繪的具體方法。最后在實(shí)際工程當(dāng)中，對三維激光掃描儀在建筑立面測繪中的實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描儀;建筑;立面測繪

建筑是人們生產(chǎn)、生活的重要場所，隨著社會的進(jìn)一步發(fā)展，我國各地區(qū)建筑工程的投資和建設(shè)規(guī)模越來越大。而建筑立面是建筑結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，在建筑工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)與治理管理當(dāng)中，都是重點(diǎn)的測繪對象。尤其是在如今城市化建設(shè)及管理越來越嚴(yán)格的情況下，需要對建筑立面形式、施工質(zhì)量進(jìn)行管理。在當(dāng)前的技術(shù)環(huán)境下，傳統(tǒng)的測繪技術(shù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代建筑立面測繪的相關(guān)要求，而本文則重點(diǎn)對三維激光掃描儀的應(yīng)用進(jìn)行研究，希望能為建筑立面測繪工作者提供有價(jià)值的參考信息。

一、三維激光掃描儀及相關(guān)技術(shù)的原理和模式

（一）三維激光掃描儀的基本原理

在當(dāng)前的建筑工程測繪領(lǐng)域當(dāng)中，比較常見的三維激光掃描儀有脈沖式、相位差式、三角測距式三種，不同類型的設(shè)備的主要應(yīng)用領(lǐng)域也有一定的差別。而脈沖式設(shè)備在建筑工程測繪領(lǐng)域中的應(yīng)用率更高，這種掃描儀主要是利用激光進(jìn)行測距[1]。具體來講，技術(shù)人員利用脈沖式三維激光掃描儀發(fā)射激光，激光接觸到物體之后反射回來被儀器中的信號接收裝置接收，然后根據(jù)時(shí)間間隔進(jìn)行距離計(jì)算。得益于激光強(qiáng)大的能量，技術(shù)人員可以利用該設(shè)備對建筑物立面的多個(gè)測繪點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，全面獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，再通過系統(tǒng)處理對建筑立面形態(tài)、特點(diǎn)進(jìn)行反映。基于這些檢測得到的數(shù)據(jù)，可以利用計(jì)算機(jī)軟件對建筑物立面進(jìn)行三維模型的構(gòu)建。另外，在使用三維激光掃描儀對建筑外立面進(jìn)行測繪時(shí)，還可以通過儀器內(nèi)置的數(shù)碼相機(jī)，獲取高清晰度的影像資料，這些資料可以更直觀地反映建筑外立面狀態(tài)、色彩等。在后續(xù)的虛擬模型構(gòu)建環(huán)節(jié)中，還可以利用這些影像資料進(jìn)一步提高模型精準(zhǔn)度，并提高可視化效果。

（二）三維激光掃描儀的工作模式

在使用三維激光掃描儀對建筑立面進(jìn)行測試時(shí)，要制定一套成熟、規(guī)范的工作流程，確保測試工作有序開展。首先，在接受測繪任務(wù)之后，要對建筑所在地自然環(huán)境、社會環(huán)境以及建筑本身的各項(xiàng)資料信息進(jìn)行全面收集，分析現(xiàn)場實(shí)際特點(diǎn)。然后，結(jié)合相關(guān)測繪工作規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及客戶需求，制定一套合理、可行的測試方案。接著，使用三維激光掃描儀進(jìn)行外業(yè)掃描，獲取相關(guān)測繪數(shù)據(jù)，再對這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理[2]。之后，利用BIM系統(tǒng)及繪圖軟件，結(jié)合測繪得出的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，對建筑立面圖進(jìn)行繪制和三維模擬，形成可視化的建筑測繪模型圖。最后，在經(jīng)過自檢、客戶溝通之后，對未滿足需求的部分進(jìn)行補(bǔ)測，最終形成完善的立面圖。在使用三維激光掃描儀進(jìn)行建筑立面測繪時(shí)，需要嚴(yán)格按照科學(xué)的規(guī)范流程，做好每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，確保最終得出的立面圖各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，進(jìn)而提高測繪工作成果的價(jià)值。

二、建筑立面測繪技術(shù)及方法

在本文的研究過程當(dāng)中，使用的是RIEGL VZ-1000三維激光掃描儀，下面具體闡述建筑立面測繪技術(shù)方法的應(yīng)用流程及要點(diǎn)：

（一）現(xiàn)場調(diào)研和制定方案

首先，要對建筑工程現(xiàn)場的實(shí)際情況，以及所需要掃描的建筑物的基本特點(diǎn)進(jìn)行了解，然后在現(xiàn)場確定好架設(shè)三維激光掃描儀的位置。因?yàn)橥ㄟ^該方法得到的建筑立面掃描圖是在處理處理云數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)同名像素點(diǎn)匹配拼接而得出的，那么在這樣的技術(shù)條件下，三維激光掃描儀架設(shè)位置只需能夠完全掃描整個(gè)建筑立面即可。

（二）配準(zhǔn)數(shù)據(jù)

針對三維激光掃描儀掃描得到的數(shù)據(jù)，本文研究中用到的是Riscan Pro。在外業(yè)數(shù)據(jù)采集完成之后，隨即開展內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，并且評估所采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量。完成數(shù)據(jù)處理之后，要進(jìn)行站間的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)工作[3]。具體來講，在進(jìn)行站間數(shù)據(jù)配準(zhǔn)時(shí)，要選定4個(gè)及以上的同名像素點(diǎn)，然后由軟件對站間的掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接。這是粗配的過程，在此之后再通過ICP進(jìn)行自動(dòng)化精配，從而提升數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的精確度。

（三）點(diǎn)云圖像去噪

大多數(shù)情況下，使用三維激光掃描儀掃面的建筑物立面測繪的外業(yè)掃描得到的圖像數(shù)據(jù)中，會存在大量像綠化植物、行人、車輛這類元素的點(diǎn)云，這些是測繪工作中的非目標(biāo)掃描物，在行業(yè)中被稱作噪點(diǎn)。在本研究工作中，使用三維激光掃描儀進(jìn)行的是全景掃描，因此存在大量的噪點(diǎn)，不僅占用了過多儲存空間，還會干擾數(shù)據(jù)的提取與應(yīng)用。所以，在掃描完成之后，要通過軟件對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理[4]。

（四）真彩色模式顯示

對于三維激光掃描儀掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)過拼接、去噪之后，隨即要加載真彩色像素信息。在進(jìn)行建筑物立面繪圖的過程當(dāng)中，通過真彩色像素信息加載，將能夠幫助系統(tǒng)更準(zhǔn)確地找到相應(yīng)的特征點(diǎn)，提升效率。

（五）繪制立面圖

測繪人員通過電腦軟件，對三維激光掃描儀掃描得到并經(jīng)過專業(yè)處理的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行評估，選擇合適的立體觀測模式。針對特征比較明顯且容易分辨的點(diǎn)，將其選取出來，再進(jìn)行三維測量。然后，獲取特征點(diǎn)、特征線的具體特征，再使用AutoCAD軟件完成內(nèi)業(yè)成圖，通過優(yōu)化處理而得到最終所需的建筑立面圖。

（六）外業(yè)調(diào)繪和修補(bǔ)測

部分情況下，通過三維激光掃描儀掃描并處理的相關(guān)掃描數(shù)據(jù)存在不完善的情況，而針對有所缺失、掃描質(zhì)量不佳的小部分平面，使用一些傳統(tǒng)的測繪方法，對建筑立面進(jìn)行補(bǔ)測[5]。而如果出現(xiàn)較多缺失的情況，則要再使用三維激光掃描儀儀器進(jìn)行掃描。然后再按照以上流程對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成缺失部分的內(nèi)業(yè)成圖工作。

三、三維激光掃描儀在建筑立面測繪中的實(shí)踐應(yīng)用