三維激光掃描在智慧城市中的應(yīng)用

周澤超 潘家輝 孫光遠(yuǎn) 鄭雨秋 李英豪

摘 要：智慧城市的建設(shè)是信息時代發(fā)展的必然產(chǎn)物，而建立智慧城市的基礎(chǔ)就是城市建模，但因其范圍大、建筑數(shù)據(jù)多且復(fù)雜，普通的手工建?；蚱渌胱詣咏７椒ú辉龠m合建設(shè)智慧城市這種超精細(xì)化模型，但三位激光掃描因其能夠進(jìn)行高分辨率大面積的物體掃描，快速地獲取到物體表面各個點的空間坐標(biāo)、RGB顏色以及反射率等信息，能夠更好地助力智慧城市的建立，在城市規(guī)劃、道路監(jiān)控、古跡修復(fù)等領(lǐng)域均有應(yīng)用價值。三維激光掃描技術(shù)解決了城市在建設(shè)過程中對大量數(shù)據(jù)相關(guān)細(xì)節(jié)信息的獲取，促進(jìn)了在建設(shè)智慧城市過程中內(nèi)部信息化、智能化的實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：三位激光掃描;BIM;CIM

自2012年中央出臺《國家智慧城市試點管理暫行辦法》以來，中央發(fā)布的有關(guān)于指導(dǎo)智慧城市該如何發(fā)展的政策逐年增加。2017年，"建設(shè)智慧城市（CIM）"被寫入了十九大的報告當(dāng)中，所以很明顯，智慧城市的建設(shè)已經(jīng)上升到了國家戰(zhàn)略的層面。在2018年的11月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《多規(guī)合一業(yè)務(wù)協(xié)同平臺技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，以激勵有條件的城市可以在BIM的基礎(chǔ)上來打造CIM 。經(jīng)過了兩年多的摸索與探索，我國在智慧城市信息模型的建設(shè)方面已經(jīng)有了豐富的實踐經(jīng)驗和扎實的理論基礎(chǔ)，但社會各界學(xué)者就CIM模型的實際用途與方法并沒有一個統(tǒng)一的共識。

什么是 CIM？那就必須必須從 BIM說起。 BIM是指工程建筑信息模型。簡單來說，BIM就是緊緊圍繞工程建筑項目從設(shè)計方案，工程施工到最終的運營的全生命周期，將全生命周期產(chǎn)生的各類信息內(nèi)容整合在一個三維數(shù)字化模型中。

BIM這一高集成度的三維模型的使用，極大地提高了工程建筑的信息化管理水平，為工程建設(shè)項目中涉及的多方工作者提供了工程項目信息交換和資源共享的服務(wù)平臺。盛行于建筑工程行業(yè)的BIM技術(shù)，現(xiàn)已得到廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。它使得建筑工程更加高效環(huán)保和安全，能夠有效降低項目的總體成本。當(dāng)然BIM在提供精準(zhǔn)的地理位置、建筑物周邊環(huán)境和空間地理信息分析上有不足之處但GIS技術(shù)卻恰好可以彌補BIM技術(shù)的不足之處，來確定建筑物的地理位置以及對其周邊的環(huán)境進(jìn)行空間分析，使得整個模型信息更加完善全面。通過BIM與GIS技術(shù)的融合，使得BIM技術(shù)的應(yīng)用范圍再也不局限于單一化的建筑物，可以拓展到建筑群以及道路、隧道、鐵路港口水電等工程領(lǐng)域。BIM技術(shù)能夠整合城市內(nèi)建筑物的各類信息，GIS技術(shù)則是整合的建筑物的周圍環(huán)境信息，將這兩種技術(shù)結(jié)合，信息整合，這樣就得到了一個包含著各類城市信息的數(shù)字化城市模型，這也就引出了CIM的概念。

CIM指的就是城市信息模型，是將城市各類信息與三維城市空間模型有機結(jié)合的一個綜合體。從狹義上來講，CIM其實就是將GIS與BIM數(shù)據(jù)的有機結(jié)合，屬于智慧城市的建設(shè)的最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。也正是由于融合了BIM技術(shù)和GIS技術(shù)，CIM的最小化單位可以精細(xì)到城市建筑物內(nèi)的一個小構(gòu)件，是他與傳統(tǒng)的數(shù)字城市相比，讓人能更直觀的感受和掌握實時動態(tài)，從而讓管理者能夠?qū)Τ鞘凶龀鼍C合管理和精細(xì)化管理。

三維激光掃描技術(shù)是直到二十世紀(jì)九十年代中期才出現(xiàn)的新技術(shù)，在測繪領(lǐng)域內(nèi)，是繼GPS技術(shù)之后的又一次重大的技術(shù)革命，通過高速激光，能夠進(jìn)行高分辨率大面積的物體掃描，快速地獲取到物體表面各個點的空間坐標(biāo)、RGB顏色以及反射率等信息，再通過對這些大量密集的點信息處理便可以快速建立出一個一比一的彩色三維點云模型。他相較于傳統(tǒng)的單點測量更加的高效，精度更高。三維激光掃描其技術(shù)能提供掃描物體表面的三維點云數(shù)據(jù)統(tǒng)計，因此也能用于獲知高精度高分辨率的數(shù)字三維模擬，目前各種高速激光照射掃描測量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測對象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，大量的空間點位信息。

建立智慧城市的目的就是想以先進(jìn)的信息技術(shù)理念，對城市進(jìn)行智慧管理，以此為市民提供良好的生活環(huán)境，因此，能不能對城市內(nèi)各項活動進(jìn)行實時的監(jiān)控就顯得十分重要。而三維激光掃描技術(shù)就能夠讓我們很好地對城市的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，掌握地表資源的獲取情況，進(jìn)行城市建設(shè)規(guī)劃等。通過對由三維激光掃描儀獲得的高精度、密度的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算，我們能夠快速掌握路面的凹凸偏差值，從而掌握城市道路的平整度變化，及時修繕有問題的道路。對于城市內(nèi)的綠化，我們也可以利用基于三維掃描技術(shù)的三維激光實景技術(shù)，以此對城市綠化進(jìn)行可視化管理，建立數(shù)字園林信息管理平臺，實現(xiàn)對園林實景以及各類園林內(nèi)樹木的品種、年齡、樹木進(jìn)行可視化管理。運用于學(xué)校、醫(yī)院這類公共建筑，利用三維激光掃描進(jìn)行建筑建模，將三維建筑模型疊加管線等數(shù)據(jù)，即可進(jìn)行人員緊急疏散線路制定、設(shè)備管理等應(yīng)用。

此外，三位激光掃描還可用于對歷史文化建筑的修繕工程，在修繕工程中，由于古建筑大多體型較大，構(gòu)造輪廓復(fù)雜，內(nèi)部構(gòu)造繁復(fù)，且精確的BIM模型的建立，少不了準(zhǔn)確可靠的CAD圖紙的數(shù)據(jù)作為依據(jù)，如果適用老一套的測量方法，將會無可避免的花費大量耗時且成本昂貴的，難度系數(shù)還不低的測量。而采用三維激光影像掃描技術(shù)，因它是掃描式的而非人為或者機器接觸目標(biāo)建筑物的測量，所以能在最大程度不損傷目標(biāo)建筑物的前提下，迅速采集古建筑物內(nèi)外部構(gòu)造的精確數(shù)據(jù)，還原出一個切實的實景彩色圖像，它既能為修整維護(hù)古建筑和BIM建模提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，也能作為歷史數(shù)據(jù)，留存后世，為往后建筑后期的可能的修繕提供歷史記錄。

總而言之，智慧城市的建設(shè)在國內(nèi)外許多地區(qū)已經(jīng)展開，并取得了一系列成果。智慧城市的建設(shè)需要我們加大對新型技術(shù)的應(yīng)用，依靠先進(jìn)的技術(shù)解決以往工作中存在的問題。三維激光掃描技術(shù)解決了城市在建設(shè)過程中對大量數(shù)據(jù)相關(guān)細(xì)節(jié)信息的獲取，促進(jìn)了在建設(shè)智慧城市過程中內(nèi)部信息化、智能化的實現(xiàn)。

作者簡介：

周澤超（2000-），男，漢族，江蘇無錫人，徐州工程學(xué)院工程管理專業(yè)本科在讀。