三維激光掃描技術(shù)在建筑物立面測(cè)量中的應(yīng)用

曹兆峰，楊紅軍，張婧嫻

(江蘇省地質(zhì)測(cè)繪院，江蘇 南京 211100)

0 引 言

最近幾年，三維激光掃描技術(shù)不斷發(fā)展并日漸成熟，它是利用激光測(cè)距的原理，通過(guò)記錄被測(cè)物體表面大量的密集的點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，可快速?gòu)?fù)建出被測(cè)目標(biāo)的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)[1]。其巨大優(yōu)勢(shì)就在于可以快速掃描被測(cè)物體，不需反射棱鏡即可直接獲得高精度的掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)[2]。

該技術(shù)已在文物古跡保護(hù)、建筑、規(guī)劃、土木工程、工廠改造、室內(nèi)設(shè)計(jì)、建筑監(jiān)測(cè)、交通事故處理、法律證據(jù)收集、災(zāi)害評(píng)估、船舶設(shè)計(jì)、數(shù)字城市、軍事分析等領(lǐng)域有了很多的嘗試、應(yīng)用和探索[3]。

傳統(tǒng)建筑物立面測(cè)量是使用皮尺、測(cè)距儀及全站儀等測(cè)繪儀器去量取建筑物的邊長(zhǎng)以及坐標(biāo)，這種方法耗時(shí)耗力，而且精度會(huì)有損失，遇到高層建筑物時(shí)無(wú)法進(jìn)行測(cè)量[4]。而利用三維激光掃描技術(shù)可以解決這一系列問(wèn)題，可以快速獲取建筑物的立面信息，完成建筑物的立面測(cè)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(shù)完成建筑物立面測(cè)量工作的具體流程，并對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)分析。

1 實(shí)例分析

1.1 試驗(yàn)區(qū)概述

淮河路步行街位于合肥市廬陽(yáng)區(qū)逍遙津街道，是中國(guó)著名的商業(yè)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(yuǎn)，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(cuò)、雜亂無(wú)序的電線。

此次淮河路步行街有效測(cè)圖范圍為1.3 km，共35棟房屋；梨花巷有效測(cè)圖范圍為150 m，共22棟房屋。兩塊試驗(yàn)區(qū)各有特點(diǎn)，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(duì)第一次沒(méi)掃描到的建筑物立面，后期利用站式三維激光掃描儀補(bǔ)充掃描。

1.2 基于三維激光掃描技術(shù)的建筑物立面測(cè)量流程

針對(duì)兩塊區(qū)域的不同特點(diǎn)，本項(xiàng)目部署了詳細(xì)的實(shí)施方案，基本流程如圖1所示。

圖1 立面測(cè)量基本流程圖

本次車載三維激光掃描儀搭載的是華測(cè)AS-900HL，其主要技術(shù)參數(shù)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(shù)參數(shù)如表2所示。

表1 AS-900HL主要技術(shù)參數(shù)

表2 Leica ScanStation C10主要技術(shù)參數(shù)

1.3 項(xiàng)目成果

圖2是此次項(xiàng)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(shù)應(yīng)用到建筑物立面測(cè)量中，較傳統(tǒng)方法，效率上有了較大地提高，減輕了外業(yè)工作量，內(nèi)業(yè)在點(diǎn)云上編輯處理時(shí)也是一目了然，不需要再為圖上地物標(biāo)注不清楚等問(wèn)題而煩惱。但在具體操作時(shí)需要注意一些問(wèn)題。

1.4.1 外業(yè)掃描注意事項(xiàng)

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

圖3 規(guī)劃線路圖

圖4 架站布設(shè)位置

圖5 淮河路步行街外業(yè)掃描成果

圖6 梨花巷外業(yè)掃描成果

1.4.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理注意事項(xiàng)

外業(yè)掃描完之后，首先導(dǎo)入Inertial Explorer解算POS，然后導(dǎo)入CoPre解算LAS，將解算出的LAS文件導(dǎo)入內(nèi)業(yè)編輯軟件CoMapping進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。建筑物立面圖應(yīng)表達(dá)立面投影方向可見的建筑外輪廓和建筑構(gòu)造的位置，一般分為南北立面圖和東西立面圖四部分。

本項(xiàng)目首先在CAD里將所需采集立面圖的建筑物按次序編號(hào)，然后按編號(hào)分別導(dǎo)出建筑物模型，在內(nèi)業(yè)編輯軟件中按建筑物各個(gè)立面分別進(jìn)行采集。在采集立面之前，由于站式掃描儀不需要對(duì)中和整平，掃出來(lái)的數(shù)據(jù)Z軸是不準(zhǔn)確的，所以需要先將Z軸搬正，再導(dǎo)入內(nèi)業(yè)編輯軟件進(jìn)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(zhǔn)確表示出來(lái)，如窗戶大小要一致，上下左右要齊平，空調(diào)位一定不要遺漏，同一建筑物的每個(gè)立面分層線要一致等，圖7為數(shù)據(jù)采集時(shí)的效果。

圖7 數(shù)據(jù)采集時(shí)的效果

2 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐，將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用到建筑物立面測(cè)量中，能大大提高內(nèi)外業(yè)采集效率，減少了測(cè)繪過(guò)程中的生產(chǎn)成本。在本次項(xiàng)目中，由于經(jīng)驗(yàn)不足，車載掃描儀和站式掃描儀掃描的數(shù)據(jù)融合的不是太完美，站式掃描儀掃描的數(shù)據(jù)剛開始不知道要經(jīng)過(guò)搬正處理，導(dǎo)致增加了后續(xù)工作量。綜上所述，三維激光掃描技術(shù)在建筑物立面測(cè)量中將有著廣泛的應(yīng)用前景。