三維激光掃描技術(shù)在房屋外立面測(cè)量中的應(yīng)用

楊錦濤，董薔薇

（1.南寧市國(guó)圖測(cè)繪有限公司，南寧 530023；2.南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)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(jì)劃對(duì)300戶(hù)農(nóng)房進(jìn)行外觀(guān)改造，該項(xiàng)目要求獲取精度達(dá)1∶500 的建筑外立面測(cè)量數(shù)據(jù)，由于項(xiàng)目測(cè)區(qū)建筑物密集，房屋外部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分布不均、樣式不一，且測(cè)量工期緊，給建筑立面測(cè)量帶來(lái)不小的挑戰(zhàn)，如何快速高效得出建筑外立面數(shù)據(jù)是鄉(xiāng)村振興辦工作的重要需求。

如采用傳統(tǒng)全站儀單點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，皮尺、測(cè)距儀等傳統(tǒng)輔助工具測(cè)量建筑立面外業(yè)有主要以下不足：①全站儀單點(diǎn)測(cè)量，需多個(gè)特征點(diǎn)逐個(gè)測(cè)量，多次布點(diǎn)采集，高層建筑擺放棱鏡或者激光找點(diǎn)比較費(fèi)事，很多點(diǎn)都是靠手工來(lái)補(bǔ)充，用工成本高，工作強(qiáng)度大；②采集的數(shù)據(jù)是不含顏色信息的灰度點(diǎn)，造成房屋特征信息的識(shí)別工作難，找建筑物高的特征點(diǎn)容易出錯(cuò)，還容易產(chǎn)生重測(cè)需求，影響外立面圖的繪制效率。

為了確保建筑物立面測(cè)量的質(zhì)量和效率，高精度采集現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，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(diǎn)云數(shù)據(jù)，既精確又全面，操作簡(jiǎn)單智能；三維激光掃描儀的掃描方式可以有效解決傳統(tǒng)測(cè)量方式的不足，高效繪制房屋立面圖，減少搬站次數(shù)，極大地提高整個(gè)工程項(xiàng)目的效率。尤其是其獨(dú)特棱鏡掃描技術(shù)，可更有效地控制測(cè)站之間的拼接精度，同時(shí)便于后期代入坐標(biāo)系；通過(guò)法如（FARO）快速獲取的高精度三維點(diǎn)云，結(jié)合配套軟件生成點(diǎn)云模型，再利用CAD進(jìn)一步繪制立面圖成果。

2 項(xiàng)目實(shí)施

2.1 現(xiàn)場(chǎng)踏勘

項(xiàng)目建筑分布于高速公路兩側(cè)，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(yuǎn)，需要單獨(dú)掃描。整個(gè)區(qū)域是比較狹長(zhǎng)的帶狀區(qū)域，為了保證重復(fù)設(shè)站的覆蓋完整性和數(shù)據(jù)可靠性，在外業(yè)作業(yè)前先結(jié)合奧維影像數(shù)據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)測(cè)站位置（見(jiàn)圖1）。

圖1 設(shè)站位置分布圖

2.2 儀器與人員安排

外業(yè)儀器：法如（FARO）三維激光掃描儀1臺(tái)

內(nèi)業(yè)：電腦1臺(tái)

軟件：法如SCENE，Autodesk ReCap，2019CAD

人員：2人

2.3 外業(yè)采集數(shù)據(jù)

掃描儀大致安置在分布圖的位置上，不需要對(duì)中整平，大致水平即可，新建項(xiàng)目，然后設(shè)置相關(guān)參數(shù)，按下測(cè)量鍵（掃描鍵）即可工作（同時(shí)采集點(diǎn)云和全景影像每站需4.5 min，僅采集點(diǎn)云只需要1.5 min）。

2.4 數(shù)據(jù)處理

（1）數(shù)據(jù)導(dǎo)入與拼接。在SCENE 軟件中新建項(xiàng)目，一鍵拖拽導(dǎo)入智能拼接，選中集群進(jìn)行掃描處理，自動(dòng)完成數(shù)據(jù)拼接。如出現(xiàn)因重疊率不夠而導(dǎo)致出現(xiàn)不能拼接的測(cè)站需要通過(guò)手動(dòng)平移進(jìn)行匹配處理或者建立多個(gè)集群進(jìn)行布置掃描、固定掃描等手段進(jìn)行處理，直到進(jìn)去亮綠燈即為通過(guò)。

（2）創(chuàng)建點(diǎn)云。把拼接好的各個(gè)測(cè)站或者集群的點(diǎn)云合并為一個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件。

（3）導(dǎo)出項(xiàng)目。把點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)出為后綴是.rcs的數(shù)據(jù)文件。

（4）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。打開(kāi)Autodesk ReCap軟件，通過(guò)軟件把rcs數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為CAD可以讀取的rcp點(diǎn)云數(shù)據(jù)格式。

數(shù)據(jù)處理見(jiàn)圖2。

圖2 數(shù)據(jù)處理

2.5 立面測(cè)圖

（1）數(shù)據(jù)調(diào)用（見(jiàn)圖3）。打開(kāi)CAD2019，新建DWG文件，修改圖形實(shí)用工具中的單位為毫米。然后插入，附著點(diǎn)云，選中rcp 文件，出現(xiàn)點(diǎn)云加載截面后需注意檢查點(diǎn)云單位是米，單位因子是1000。

圖3 數(shù)據(jù)調(diào)用

（2）坐標(biāo)定義。輸入命令ucs，選中需要繪制立面的建筑的一個(gè)墻角為坐標(biāo)系原點(diǎn)，墻面為坐標(biāo)的橫軸，旋轉(zhuǎn)鼠標(biāo)當(dāng)角度值出現(xiàn)45°的時(shí)候點(diǎn)擊左鍵，生成獨(dú)立繪圖坐標(biāo)系。

（3）數(shù)據(jù)裁剪。選中點(diǎn)云數(shù)據(jù)，使用cad中的矩形裁剪功能，得到單獨(dú)每一幢房子或單個(gè)面墻的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，排除其他點(diǎn)云對(duì)測(cè)圖的干擾（見(jiàn)圖4）。

圖4 坐標(biāo)定義、數(shù)據(jù)裁剪

（4）正投影圖。調(diào)整視圖，生成每一個(gè)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(lái)切換繪圖截面，此時(shí)正射圖細(xì)節(jié)豐富且全面，讓作圖人員一目了然，快速判別地物（見(jiàn)圖5）。

圖5 立面測(cè)圖

2.6 成果展示

經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，成果圖見(jiàn)圖6。

圖6 成果圖

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐，采用地面三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行房屋外立面測(cè)量能有效提高測(cè)量效率，獲取更多的外立面點(diǎn)坐標(biāo)，提高外立面測(cè)量精度，特別在測(cè)量表面復(fù)雜的物體及其細(xì)節(jié)方面優(yōu)勢(shì)更加明顯。