三維激光掃描技術在房屋外立面測量中的應用

楊錦濤，董薔薇

（1.南寧市國圖測繪有限公司，南寧 530023；2.南寧職業技術學院，南寧 530004）

1 工程概況

沿蘭海高速公路（良慶段）房屋外立面改造工作，計劃對300戶農房進行外觀改造，該項目要求獲取精度達1∶500 的建筑外立面測量數據，由于項目測區建筑物密集，房屋外部結構復雜、分布不均、樣式不一，且測量工期緊，給建筑立面測量帶來不小的挑戰，如何快速高效得出建筑外立面數據是鄉村振興辦工作的重要需求。

如采用傳統全站儀單點數據采集，皮尺、測距儀等傳統輔助工具測量建筑立面外業有主要以下不足：①全站儀單點測量，需多個特征點逐個測量，多次布點采集，高層建筑擺放棱鏡或者激光找點比較費事，很多點都是靠手工來補充，用工成本高，工作強度大；②采集的數據是不含顏色信息的灰度點，造成房屋特征信息的識別工作難，找建筑物高的特征點容易出錯，還容易產生重測需求，影響外立面圖的繪制效率。

為了確保建筑物立面測量的質量和效率，高精度采集現場真實坐標數據，決定采用法如（FARO）三維激光掃描儀，該方法獲取的全景照片和三維點云數據，既精確又全面，操作簡單智能；三維激光掃描儀的掃描方式可以有效解決傳統測量方式的不足，高效繪制房屋立面圖，減少搬站次數，極大地提高整個工程項目的效率。尤其是其獨特棱鏡掃描技術，可更有效地控制測站之間的拼接精度，同時便于后期代入坐標系；通過法如（FARO）快速獲取的高精度三維點云，結合配套軟件生成點云模型，再利用CAD進一步繪制立面圖成果。

2 項目實施

2.1 現場踏勘

項目建筑分布于高速公路兩側，為多排2-3 層小樓房組成，每排之間具有約1.5 m寬的狹小巷子，延伸比較遠，需要單獨掃描。整個區域是比較狹長的帶狀區域，為了保證重復設站的覆蓋完整性和數據可靠性，在外業作業前先結合奧維影像數據在現場布設測站位置（見圖1）。

圖1 設站位置分布圖

2.2 儀器與人員安排

外業儀器：法如（FARO）三維激光掃描儀1臺

內業：電腦1臺

軟件：法如SCENE，Autodesk ReCap，2019CAD

人員：2人

2.3 外業采集數據

掃描儀大致安置在分布圖的位置上，不需要對中整平，大致水平即可，新建項目，然后設置相關參數，按下測量鍵（掃描鍵）即可工作（同時采集點云和全景影像每站需4.5 min，僅采集點云只需要1.5 min）。

2.4 數據處理

（1）數據導入與拼接。在SCENE 軟件中新建項目，一鍵拖拽導入智能拼接，選中集群進行掃描處理，自動完成數據拼接。如出現因重疊率不夠而導致出現不能拼接的測站需要通過手動平移進行匹配處理或者建立多個集群進行布置掃描、固定掃描等手段進行處理，直到進去亮綠燈即為通過。

（2）創建點云。把拼接好的各個測站或者集群的點云合并為一個點云數據文件。

（3）導出項目。把點云數據導出為后綴是.rcs的數據文件。

（4）數據轉換。打開Autodesk ReCap軟件，通過軟件把rcs數據轉為CAD可以讀取的rcp點云數據格式。

數據處理見圖2。

圖2 數據處理

2.5 立面測圖

（1）數據調用（見圖3）。打開CAD2019，新建DWG文件，修改圖形實用工具中的單位為毫米。然后插入，附著點云，選中rcp 文件，出現點云加載截面后需注意檢查點云單位是米，單位因子是1000。

圖3 數據調用

（2）坐標定義。輸入命令ucs，選中需要繪制立面的建筑的一個墻角為坐標系原點，墻面為坐標的橫軸，旋轉鼠標當角度值出現45°的時候點擊左鍵，生成獨立繪圖坐標系。

（3）數據裁剪。選中點云數據，使用cad中的矩形裁剪功能，得到單獨每一幢房子或單個面墻的點云數據，排除其他點云對測圖的干擾（見圖4）。

圖4 坐標定義、數據裁剪

（4）正投影圖。調整視圖，生成每一個建筑墻面的正投影圖圖，然后輸入命令ucs，選中ucs 中的視圖來切換繪圖截面，此時正射圖細節豐富且全面，讓作圖人員一目了然，快速判別地物（見圖5）。

圖5 立面測圖

2.6 成果展示

經數據處理后，成果圖見圖6。

圖6 成果圖

3 結語

通過項目實踐，采用地面三維激光掃描技術進行房屋外立面測量能有效提高測量效率，獲取更多的外立面點坐標，提高外立面測量精度，特別在測量表面復雜的物體及其細節方面優勢更加明顯。