三維激光掃描技術在建筑物立面測量中的應用

曹兆峰，楊紅軍，張婧嫻

(江蘇省地質測繪院，江蘇 南京 211100)

0 引 言

最近幾年，三維激光掃描技術不斷發展并日漸成熟，它是利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量的密集的點的三維坐標、反射率和紋理等信息，可快速復建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種圖件數據[1]。其巨大優勢就在于可以快速掃描被測物體，不需反射棱鏡即可直接獲得高精度的掃描點云數據[2]。

該技術已在文物古跡保護、建筑、規劃、土木工程、工廠改造、室內設計、建筑監測、交通事故處理、法律證據收集、災害評估、船舶設計、數字城市、軍事分析等領域有了很多的嘗試、應用和探索[3]。

傳統建筑物立面測量是使用皮尺、測距儀及全站儀等測繪儀器去量取建筑物的邊長以及坐標，這種方法耗時耗力，而且精度會有損失，遇到高層建筑物時無法進行測量[4]。而利用三維激光掃描技術可以解決這一系列問題，可以快速獲取建筑物的立面信息，完成建筑物的立面測量工作[5]。本文以安徽合肥淮河路步行街和梨花巷為例，闡述了利用三維激光掃描技術完成建筑物立面測量工作的具體流程，并對其關鍵技術進行了總結分析。

1 實例分析

1.1 試驗區概述

淮河路步行街位于合肥市廬陽區逍遙津街道，是中國著名的商業中心，擁有百年歷史，是人文薈萃的老街。梨花巷的房屋年代久遠，兩邊有大量沿街門面，樓間距狹小，一抬頭就能看見縱橫交錯、雜亂無序的電線。

此次淮河路步行街有效測圖范圍為1.3 km，共35棟房屋；梨花巷有效測圖范圍為150 m，共22棟房屋。兩塊試驗區各有特點，淮河路步行街比較空曠，適合采用車載三維激光掃描儀，而梨花巷樓間距窄，距離較短，適合采用站式三維激光掃描儀。對第一次沒掃描到的建筑物立面，后期利用站式三維激光掃描儀補充掃描。

1.2 基于三維激光掃描技術的建筑物立面測量流程

針對兩塊區域的不同特點，本項目部署了詳細的實施方案，基本流程如圖1所示。

圖1 立面測量基本流程圖

本次車載三維激光掃描儀搭載的是華測AS-900HL，其主要技術參數如表1所示。站式三維激光掃描儀使用的是Leica ScanStation C10，其主要技術參數如表2所示。

表1 AS-900HL主要技術參數

表2 Leica ScanStation C10主要技術參數

1.3 項目成果

圖2是此次項目完成的建筑物部分立面最終效果圖。

圖2 最終成果(L17#樓部分立面圖)

1.4 效果分析

將三維激光掃描技術應用到建筑物立面測量中，較傳統方法，效率上有了較大地提高，減輕了外業工作量，內業在點云上編輯處理時也是一目了然，不需要再為圖上地物標注不清楚等問題而煩惱。但在具體操作時需要注意一些問題。

1.4.1 外業掃描注意事項

本項目淮河路步行街采用車載三維激光掃描儀進行掃描。外業開始作業前，首先要規劃好掃描路線，盡可能一個車次覆蓋所跑路線建筑物的所有立面，規劃線路如圖3所示。梨花巷采用站式掃描儀進行掃描。作業前先根據地形圖確定架站位置，外業掃描時再根據具體情況適時做出調整，架站距離一般為20 m左右，特殊情況可調整為10 m以下，最好不要超過50 m。架站布設位置如圖4所示，外業掃描成果如圖5和圖6所示。

圖3 規劃線路圖

圖4 架站布設位置

圖5 淮河路步行街外業掃描成果

圖6 梨花巷外業掃描成果

1.4.2 內業數據處理注意事項

外業掃描完之后，首先導入Inertial Explorer解算POS，然后導入CoPre解算LAS，將解算出的LAS文件導入內業編輯軟件CoMapping進行數據采集。建筑物立面圖應表達立面投影方向可見的建筑外輪廓和建筑構造的位置，一般分為南北立面圖和東西立面圖四部分。

本項目首先在CAD里將所需采集立面圖的建筑物按次序編號，然后按編號分別導出建筑物模型，在內業編輯軟件中按建筑物各個立面分別進行采集。在采集立面之前，由于站式掃描儀不需要對中和整平，掃出來的數據Z軸是不準確的，所以需要先將Z軸搬正，再導入內業編輯軟件進行立面采集，否則建筑物的立面就是斜的。采集立面是一定要注意將立面上的物體準確表示出來，如窗戶大小要一致，上下左右要齊平，空調位一定不要遺漏，同一建筑物的每個立面分層線要一致等，圖7為數據采集時的效果。

圖7 數據采集時的效果

2 結 語

通過項目實踐，將三維激光掃描技術應用到建筑物立面測量中，能大大提高內外業采集效率，減少了測繪過程中的生產成本。在本次項目中，由于經驗不足，車載掃描儀和站式掃描儀掃描的數據融合的不是太完美，站式掃描儀掃描的數據剛開始不知道要經過搬正處理，導致增加了后續工作量。綜上所述，三維激光掃描技術在建筑物立面測量中將有著廣泛的應用前景。