三維激光掃描技術在建筑測繪中的應用研究

黃李晶

（重慶市勘測院，重慶 400000）

當前隨著我國建筑產業的不斷向前發展，建筑工程施工規模和施工總量正在不斷加大，建筑測繪工作作為建筑工程施工中的重要工作環節，直接影響建筑工程的施工質量和安全性。因此，建筑工程施工單位需要對建筑測繪技術加以合理應用，全面提高建筑測繪工作的精確度。通過三維激光掃描技術在建筑測繪工作當中的有效應用，可以有效解決傳統建筑測繪工作存在的不足。

1 三維激光掃描技術的應用原理和工作優勢

1.1 應用原理

三維激光掃描技術又稱三維實景復制技術，該項技術在實際的應用過程中，主要通過使用激光設備有效實現待測目標區域的實景掃描工作。通過掃描得到圖像信息，可以獲取掃描測量區域范圍內各種環境要素控制點位等，還可以收集測量物體表面的光反射強度以及對應的顏色分布信息，生成空間三維點信息，實現對待測區域的空間環境、建筑結構以及環境情況等全面掃描。

三維激光掃描設備的應用，主要包含激光測距儀設備、反光棱鏡設備以及全新數碼相機等組成部分。激光測距儀設備主要使用脈沖式測量工作原理，可以在工作過程中主動發射相應的激光信號，實時接收來自掃描區域范圍內物體產生的反射信號信息，以此可以有效實現遠距離水平角和豎直角的精確測量工作。通過所獲取的測量數據信息，可以準確計算被掃描點和測量原點之間的坐標差。如果測量站點與同一個定向點的坐標為已知參數，則可以準確計算對應掃描點的空間三維坐標情況[1]。

1.2 工作優勢

由于三維激光成像掃描儀設備屬于一種非接觸式的主動測量系統，可以展開大面積高密度的空間三維數據信息收集，數據的收集速率上相對較高。

與普通攝影測量工作相比，測量工作點位和精度更高，且采集空間點位密度相對較大，涉及的掃描數據信息和坐標點參數效率更快。激光掃描技術可以有效實現主動式光源，測量工作方式可以實現在無光照的條件下進行觀測，因此對高大的建筑體以及隧道內部的掃描工作提供出諸多便利。

三維激光掃描設備可以同步接收反射激光以及可見光條件，可以實現將光照強度和物體色彩進行掃描處理形成一種三維坐標體系，形成彩色的三維影像信息。通過三維激光掃描技術的使用，獲取的點云數據不但包含建筑體表面所存在的零散點坐標參數，其中還包含色彩參數等，可以進一步提高建筑測繪工作的全面性和直觀性，幫助建筑社會工作人員了解更多建筑結構構成的相關信息。

2 建筑測繪工作中三維激光掃描技術的具體應用

結合我國某地區一處建筑工程測繪工作項目展開分析，本次建筑工程項目屬于舊房改造項目，主要是在建筑外立面結構建立三維結構模型，為后續的建筑立面治理工作奠定良好的基礎。

建筑立面結構如圖1所示。

圖1 建筑立面結構

2.1 測繪工作流程分析

在本次建筑測繪工作中應用三維激光掃描技術，建筑測繪工作中主要包含前期的準備工作階段、外部環境數據收集階段以及內業數據綜合處理工作階段，最終生成相應的測繪工作結果。

在前期的準備階段，需要對本次建筑工程項目的基礎資料信息進行全面收集和總結，有效了解項目工程的建設情況有效分析測繪工作的具體需要以及相關測繪工作難點，有效結合現場勘查情況確定測繪工作路線，對相關工作人員和各種軟硬件設備進行合理配置，為后續的正式測繪工作奠定良好的基礎。

在外業數據掃描工作中，相關工作人員需要確認測定站點的具體位置以及相關的掃描工作參數。本次項目工程中，通過采用三維激光掃描儀設備對目標建筑進行整體掃描，同步拍攝對應的平面影像信息，掃描數據收集工作完成后需要展開數據時檢查工作。在內業數據處理工作中，通過使用點云處理工作軟件，有效完成云查看點云拼接、點云降噪以及點云分割等各項工作，最終將掃描數據信息通過點云漫游、立面繪制以及三維建模等方法，呈現建筑整體的掃描測繪效果[2]。

三維激光掃描點云成果如圖2所示。

圖2 三維激光掃描點云成果

2.2 外業數據收集工作環節

在三維激光掃描技術的應用過程中，外業數據采集工作階段收集的數據信息質量高低，直接關影響三維建模工作質量，人流量屬于形成影響點的重要因素之一。

本次外業測量工作中，除了使用錯峰數據收集方法以外，其中還增加了彈性測量工作機制，在大量工作人員和車輛通過的條件下，通過人為性控制數據信息的采集，可以有效降低掃描儀和建筑物之間的間距，增加了測量點的數量。

點云拼接屬于數據處理工作階段的一項重點和難點問題之一。在實際的測量工作中，需要有效保證前后側梁站之間存在30%的重疊度，保證不同測量點之間具有完整的測量平面，可以在相鄰到測量點位上設置中心點測量目標，作為后續拼接參數參考。

掃描參數設置和點云質量設計之間存在密切關聯，激光點的頻率參數設置工作直接關系目標識別距離以及點云拼接之間的準確度。在本次測量工作當中，通過使用不同的激光測量點評率展開對比試驗和分析，確認點評率大小設置為100 kHz，掃描分辨率的設計直接關系到掃描數據的總量和掃描時間長短。

本次激光掃描的垂直分辨率大小設置為0.182°，水平方向上的分辨率設置為0.003 5°。

在本次建筑數據掃描工作中，通過使用數碼相機設備同步展開拍照，繪制相應的草圖。每一站數據信息掃描工作完成后，需要對點云數據進行全面篩查，對其中存在的漏洞或造點過多的數據進行返工重新測量[3]。

2.3 內業數據處理工作階段

在內業數據處理工作過程中，點云拼接是其中非常重要的工作環節，是內業數據處理工作中比較復雜的工作部分，點云拼接工作的精確度直接影響內業數據處理工作質量。

在本次內業處理過程中，通過HD 3LS SCENE軟件采取近鄰迭代配置算法，將獲取的激光掃描數據根據前后掃描順序依次進行點云自動化拼接。

針對因受光照掃描角度以及環境差異性等方面原因無法實現自動拼接的條件下，需要在軟件中設置出兩站點間的特征點，實現人工手動拼接處理，對拼接工作誤差進行進一步檢查，需要保證拼接工作誤差小于2 cm。

在本次的點云降噪處理工作中，通過使用該軟件自帶的點云自動過濾功能，可以有效實現點源降噪處理工作。針對其中個別無法實現自動去除的影響點，可以通過使用多邊形選擇器固定噪聲點，利用人工手動的方法實現降噪處理。

2.4 掃描工作精度分析

為了有效驗證本次三維激光掃描技術，分析建筑測繪工作中的測量精度情況。本次項目工程使用全站儀設備對建筑體的立面部分的門和窗戶以及拐角坐標展開現場測量工作，將所獲取的測量信息參數和三維激光掃描參數數據之間進行綜合對比。通過結果分析可以得出在不考慮全站儀測量工作所產生的精度誤差的條件下，通過使用三維激光掃描技術，建筑測繪數據以及全站儀測繪工作所獲取的誤差量均可以控制在10 mm范圍之內，測繪工作精度符合建筑測繪工作的基本設計要求[4]。

3 結語

綜上所述，通過三維掃描技術的有效應用，可以充分實現測繪點定位，并且實現在較短的時間范圍內收集大量的測繪點位參數信息，并對測繪距離測量角度等進行實時收集，可以為相關工程設計人員和施工人員提供出更精確的建筑坐標參數，整體的測量工作效率相對較高，可以有效提高工作人員的測繪工作效率，為建筑工程的施工奠定良好的基礎。