上海同澜勘测有限公司 上海 201210
摘要：利用地面激光三维扫描仪进行数据采集处理，获取场馆尤其是需要检测的轴线的柱子的3D点云，采用最小二乘拟合平面，并且采用RANSAC算法拟合柱子边线，通过与原有高精度控制网，分析得出全站仪所测柱子中心线和扫描仪所的中心轴线对于大型场馆是基本一致的。研究表明，激光扫描点云经过拟合等处理后能够截取任意z维度的中心点从而更好的构造出场馆的柱子连线的中轴线。
大型老旧建筑场馆改造中常会遇到需要保留原始结构柱的情况，需要实际量测出柱子的大小以及柱子准确的的中心轴线的情况，以便于改造设计和施工。传统的测量方式是利用全站仪免棱镜测量特征点位然后成图出柱子的大小位置和轴线。该方法速度慢，检测精度低，而且对于有些不规则的建筑物的检测无法做到准确的采集特征点，无法整体把握住相关数据，存在较大的偶然性和误差，而且存在精度低、受环境影响大、操作困难等缺陷从而无法求取准确的大小和中心轴线。
三维激光扫描技术是近几年来测绘技术上的一次全新突破，是一项高速发展并且走向成熟的高新技术。它不同于传统的测量方法，三维激光扫描利用激光脉冲对被测物表面进行扫描从而获得其表面特征。通过这一技术获得的点数据量比较大并且比较密集，称之为点云。相对于传统测量技术，三维激光扫描技术具有许多比较明显的优点，它可以全天候工作、数据获取的速度快、数据精度高、自动化程度高。
利用三维激光扫描获取的数据进行建模，可以高度还原被测物的表面特征细节，使建出的模型更趋近于真实。
1、 利用三维激光扫描技术检测技术原理
采用激光三维扫描检测对相关带柱子场馆进行高精度的三维扫描，获取其完整的点云数据，由于扫描仪FOV和外部环境的限制，其在单独视角下只能采集到数目表面的一部分数据，因此需要进行多站扫描，并将不同站下的数据转换到统一坐标系下进行点云的配准融合、由于被检测目标可能凸凹除草而且其边缘和空气中存在大量灰尘，会出现大量的噪声点其会造成多次反射从而出现粗差因此要进行点云的去噪、因为从事外业采集时候为了避免“少跑路”总是尽可能多的采集数据，多数情况下，会造成海量数据，但是用高密度海量数据区表达某些实体模型不仅会影响处理效率而且特征的有效判断以及模型的构建质量等也会收到影响，因此在实际检测中通常根据不同的精度需要从原始点云中抽取足够的有用信息，即点云的压缩。
柱子中心轴线的检测方法，场馆对应柱子所连起来的轴线由于前期的施工误差，从而造成柱子整体的偏移或者错位等，并不是完全根据对应柱子面的中心点连接而成的，需要求出单个柱子的中心从而对应双柱进行连线求出轴线，利用激光扫描仪采集整个场馆的点云，通过精密控制网将整个场馆纳入统一的坐标系统中[4]，且同时细分出每根柱子的点云数据，由于并不是每根柱子都是裸漏在外能够采集到数据，有些是只有一个柱子面，或者不完整的圆柱面能够采集到数据。
对于圆柱面采用点云拟合，圆柱拟合目前大多采用最小二乘法，三维点云拟合后可以求取圆柱体的相关参数，从而求取其中轴线，对于能采集到多面的柱子平面，通过最小二成拟合平面同时采用RANSAC算法拟合平面的边缘，最终求取柱子面点云的平面法向量，从而求取其轴线。
2、 算例
本次实验为既有项目上海某大型体育馆改造项目，场馆内均为方形柱子，间隔均至少超过50米，且一部分都包围在了内部装饰中（大部分均为只有两面外露），因为要对场馆进行改造，设计部门要求必须进行场馆的相关轴线的确定。本次实验采用FARO Focus S 350三维激光扫描仪对进行内部扫描获取其原始点云，结合现场既有高精度控制网并进行配准融合、去噪和压缩等。
(1)平面的拟合
设平面方程a*x+b*y+c*z+d=0[1]，对点云Pi的k-临近点拟合平面，即a（xi-x）+b（yi-y）+c（zi-z）=0，点Pi到平面a*x+b*y+c*z+d=0的距离设为di。对与上述公式di进行最小二乘估值，及所有点云到拟合平面的距离和最小为条件。从而面的平面的法向量（a，b，c）。
(2)柱子中轴线的确定
对于同一柱子的不同平面分别求取法向量并选取固定的z维度数值，对于拟合平面的边缘（柱子的边线）采用RANSAC算法进行确定，从而求取柱子的中心点。对于不同的柱子的中心点进行连线，从而确定两个柱子的连线中轴线。
(3)和既有全站仪实测数据的比对分析
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从上述数据中也可以看出，激光扫描的点云所确定的点位与高精度控制网全站仪所求出的几何中心完全一致，其偏差均小于5cm，但是全站仪所求取的中心轴线中心位置均选择为z维度上固定的柱子中心的连线。扫描仪可以选择任意z维度上的几何中心，从而求取轴线。从实际使用的
3、结语
随着空间三维数据采集技术的不断发展，三维激光扫描技术作为一种便捷且效率精度高的新技术手段，为场馆的柱子中轴线的确定提供了新的方法。本文采用三维激光扫描仪获取场馆柱子，通过对扫描柱子的立面进行点云的平面拟合，去求法向量后选择统一z进行轴线的连线从而确定相关轴线。实例验证该技术不仅可以较好地完成检测需求，且效率较高。
参考文献：
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