朱军平
浙江华东建设工程有限公司 浙江 杭州 310000
摘要：三维激光扫描技术是当前建筑测绘中测量技术创新的一种体现，激光扫描技术转变了传统测绘测量的不足，能够实现建筑测量的现代化发展。文章通过对三维激光扫描技术原理进行分析，探讨该技术在建筑测绘中的应用。
关键词：三维激光扫描；扫描技术；建筑测绘；激光扫描
引言
三维激光扫描技术的推出，是在以往GPS空间定位系统基础上的一次技术突破，其直接打破了以往传统测量的方式，直接解决激光扫描的形式，可对大面积范围进行高分辨率扫描，并以此形成对象表明的三维坐标数据。采用三维激光扫描，则能够对地表点实施高密度、高精度以及高速度的测量，加大减少外业工作时间，提升了测量工作的效率。
1三维激光扫描技术相关概述
1.1三维扫描技术原理分析
三维扫描技术又称“三维实景复制”技术，主要运用激光设备实现待测区域的实景扫描，通过实景扫描可以抓取待测区域环境要素、控制节点点位信息以及被测物体表面的反射强度和颜色信息，生成空间三维点云，即可将待测绘区域的环境、建筑、设备等数字化。三维激光扫描设备主要由激光测距仪、反光棱镜、全息数码相机组成。激光测距仪采用脉冲式测量原理，可以主动发射激光，同时接受来自自然物体的反射信号，实现距离、水平角、竖直角测量，从而计算出被扫描点与测站原点之间的坐标差，若测站点和一个定向点的坐标为已知值，则可以计算出每一扫描点的三维坐标。三维激光成像扫描仪是一种非接触式主动测量系统，可以进行大面积、高密度空间三维数据的采集，所以其数据采集速读极高，与一般的摄影测量相比，具有点位测量精度高，采集空间点的密度大、速度快等特点。由于激光扫描技术是以主动式光源进行测量，可以在无光照情况中进行观测，这给高大建筑物和隧道内扫描观测提供极大便利。
1.2三维激光扫描的作业流程
三维激光扫描仪作业流程可概括为前期工作准备、外业数据采集、内业数据加工、点云后期应用四个阶段。前期工作准备阶段是进行实地踏勘并制定详细扫描方案，然后根据方案设置扫描站点数量、位置等，尽可能减少站点数量，保证测量精度的前提下提高效率。然后是外业数据采集，按照前期制定的工作方案，采集相关点云数据，采集完成后如发现问题数据需及时修正。在内业数据处理阶段，需要用相关图像转换软件对点云数据进行抽析、拼接、优化。点云是包含了物体三维坐标值、色彩信息的数据，优化过程包括点云数据连接、数据过滤、数据简化、点云数据上色等步骤，优化后得到可用的精确点云数据。最后一步点云后期应用是指基于原始点云数据，通过使用相关模型制作软件进行模型封装，从而构建建筑模型、输出建筑图纸等。
1.3三维激光扫描技术在建筑测量当中的优势
首先，测量方法多样灵活:采用三维激光扫描测量可以与传统测量方式相结合提高测量精度,或布设测量控制点在适当位置架设扫描仪,提高测量效率。其次，数据获取方式具有优势:采用脉冲式长距离三维激光扫描测程为6km,误差不大于6mm,每秒钟获得数百万个三维真彩点云数据。与传统测量方式以及全站仪测量相比,真正实现了从点到面的飞跃。另外，数据处理的优势。三维激光扫描仪通过公共标靶扫描或公共特征点扫描方法,利用软件将多站测量得到的扫描点云数据拼接,利用图片编辑软件绘制地形图。几乎不需要人工计算操作即可生成等高线以及地形符号。然后将处理好的三维真彩点云数据导入加载到CAD或CASS当中,自动生成1∶500符合测量规范的地形图。
3三维激光扫描技术在建筑测绘中的应用分析
3.1在数据获取阶段进行应用
以深基坑为例，在深基坑监测过程中,从数据获取阶段开始,就需要利用三维激光扫描技术,该技术应用时,最为关键的是要在项目开展时,做好设站工作。数据获取时,需对各个站点坐标进行实时的定位,并根据最终的定位结果,来开展全面的分析和处理,获得更多的测量数据。在三维激光扫描技术应用时,为保障测量结果的精度,必须要在特定的扫描区域内,设置足够多数量的控制点。只有保障了控制点数量的科学性、位置的合理性,才可以在扫描技术应用时,利用GPS和全站仪来实现全面的控制,对测量对象开展更为精确地测量,通过这一测量控制,使得之前所设定的云坐标可以有效转化。数据获取的过程中,三维激光扫描技术下,后续的边坡测量可以直接利用这些数据和信息,从而使得深基坑监测更为高效。三维激光扫描技术下,边缘光斑、覆盖等基本上不会对正常的测量作业产生干扰,可以使得监测数据的精度更高。
3.2建数字实体模型
随着信息化工程和BIM的发展，如今需要一种精确的方法检测施工质量和施工精度，从而减少施工时间和保证建筑的安全性。三维激光扫描技术很好地承担了这一任务，其能够将数字模型与实际工程联系起来，即时再现施工现场。其利用点云数据进行处理，形成BIM模型，方便检测建筑成果质量。其中在特异性建筑中该技术优势明显，如对管道支架的检测。管道支架是轴向骨架，由若干组管道支架（间距1.5～2.5m不等）组成，根据使用功能呈现各种复杂、弯曲的造型，且其规定管道平整度要求优于±5mm。由于空间变化丰富，对尺寸精度要求较高，且管道是具有一定厚度的钢结构，因此在管道支架生产加工时，需要对加工精度进行检测以控制误差。采用传统测量方式工作量大，可靠性低，而三维激光技术可快速对每一根管道进行扫描，得到点云数据，建立编号，构建三维模型，再利用施工图纸建造管道模型，将两个模型进行空间数据匹配，成彩色对比图和偏差数据，做出偏差报告，从而解决问题和错误。
3.3矢量化成果输出
三维激光扫描技术所形成的数字化影像与AutoCAD及3dMax具有良好的兼容性，给测绘成果矢量化输出工作带来了极大便利。首先，通过对激光扫描模型俯视图、主视图、侧视图进行边界量化，实现建筑模型整体边界平顺且完整，俯视图、主视图、侧视图均有一个共同特征，即同一面可投影在同一曲线或直线上，便于统一校准与修正。之后即可输出CAD矢量成果图，以及边界平滑、统一，结构整齐、完整的CAD三维矢量模型。此外，运用点云数据构造的二维线段数据也是基于AutoCAD平台进行的，其导出的数据可以是DXF、DWG等通用格式，具有很好的兼容性。同时，也可运用Pointcloud软件基于点云数据进行三维建模，其建模后的成果依然可导出DXF格式，运用AutoCAD查看修改，进一步提高成果输出效率。三维激光扫描技术不仅可以实现建筑物总体矢量化输出，而且对于细部结构的矢量化输出也具有很大优势。由于三维激光扫描技术的成像是基于点云坐标投影实现的，对于建筑立面，这种同一坐标平面的数据提取极为便利，仅需固定X坐标值，即可提取该平面所有影像元素，根据平面影像提取成果导入CAD中的效果图，即可运用AutoCAD软件完成建筑物窗户、门、梁、柱等结构的矢量化，最终形成整个立面的矢量化平面。由于每一组CAD导入数据均为带基点(坐标)导入，在各个建筑立面矢量化完成后，即可实现建筑模型的三维输出，最终得到矢量化、标准化的建筑测绘模型。
结语
综上所述，三维激光扫描技术打破了传统单点测量的方式，通过高效便捷的技术方法记录建（构）筑物的外观、结构、色彩、纹理等信息，对测量的对象进行实景复制，并可建立数字化信息模型。该技术不仅能减少测量工作量，降低测量成本，还能提高建筑设计的整体水平，实现数据处理的完善，为建筑工程数字化建模等工作提供依据。
参考文献
[1]杨必胜，梁福逊，黄荣刚．三维激光扫描点云数据处理研究进展、挑战与趋势[J]．测绘学报，2017,46(10):311-318.
[2]郑少开，郑书民，丁军，等．三维激光扫描关键技术与实体建模现状[J]．北京测绘，2017,31(S2):62-66.
[3]李旭，孙永康．地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用[J]．城市地理，2018(4):79-80.