陈立贵
（ 四川德阳 618000 ）
摘要：随着城市数字化、智慧化的快速发展，各行业对城市空间信息数据的需求己经不再满足于简单的二维数据，迫切需要更真实、更完整、更精准的三维测绘成果。具有可视化和可量测性的三维实景模型，在城市发展的诸多领域得到广泛应用。本文针对不同的城市构筑物，研宄了不规则三角格网法和多源数据融合法两种不同的模型重建方法。对于结构较为单一、构筑物体积较小，可以利用地面三维激光扫描仪扫描到全貌的城市构筑物，以东吴大学校门为例，利用不规则三角格网法进行模型重建。但在社会生产实践中，许多构筑物较高，利用扫描仪难以采集到顶部完整点云数据，将地面三维激光扫描技术和无人机倾斜摄影测量技术有机融合，结合二者的优势，构建具有较高精度、目标物细节特征表现良好的模型。
关键词：城市构筑物；地面三维激光扫描技术；模型重建；
1引言
随着城市数字化、智慧化的快速发展，各行业对城市空间数据的需求有增无减，需要更真实、更完整、更精确的测绘成果。相对于二维化的测绘成果，三维实景模型具有可视化等优点，在城市发展的诸多领域得到广泛应用。而城市构筑物作为城市的一部分，同样需要构建更真实、更精细的实景模型。实景模型重建的关键问题在于解决低效率和大量数据之间的矛盾。经纬仪、全站仪等传统的测绘手段虽然可以采集到高精度的点位信息，但单一点的采集模式不足以满足实景模型对大量空间信息的需求，特别是目标物的结构形状相对复杂时，测绘工作变的十分困难，增加工作量和成本。
三维激光扫描仪集成了机械、光学、计算机和电器控制，是对传统测绘技术的继承与发展。它克服了传统测绘的局限性，能够高效地采集到目标物表面的海量点云，有效解决了海量坐标数据的采集困难问题，被广泛地应用在古建修复、建设数字城市、文物保护和影视特技等方面。
三维激光扫描仪采集到的海量点云，经过后期数据处理，可以实现室内化量测，可以生产多种测绘成果。它不仅可以获取高精度的空间坐标，还可以利用仪器上集成的高清相机捕捉目标物的真实色彩，生成具有高可视度的彩色点云，这是传统的测绘技术无法比拟的。基于点云数据，可以快速地进行高精度实景三维模型重建。正是因为其拥有上述众多的优势，目前逐渐成为国内外测绘行业研究工作的一大热点。
2三维激光扫描技术
三维激光扫描技术作为一种高效的、全新的测绘技术，在近几年发展迅速。与传统的测量手段相比，不再是人工对单一数据点的获取，而是快速、连续地获取海量的点云数据。该技术又被称为实景复制技术，可以通过高速的激光扫描直接将各种目标物的完整信息进行采集，并可以实现办公室测绘，这是传统测量技术无法比拟的。该技术可以快速获取高精度的海量空间三维坐标，并利用这些点云数据进行目标物的模型重建。相较于传统的测绘方式，三维激光扫描技术具有高精度、非接触性、全自动、高密度和数字化等优势。近年来，随着硬件和软件的发展，可视化等相应技术的应用，扫描技术的精度不断提高，使得该技术在众多领域得到了广泛应用，因此被称为测绘领域继GPS定位系统后的又一次革命。
当前，三维激光扫描技术已经越来越成熟，测量速度能够达到每秒几十万点以上，可以在点云采集时获取同步的全景影像，精度能够达到２ｍｍ左右。目前配套软件的应用技术较为成熟，但点云格式较多，各个软件支持的数据格式不同，对点云后续的数据处理带来了一定的困难。
3. 模型重建
3.1 基于不规则三角格网的模型重建
Geomagic Studio可以快速地封装不规则三角格网模型，并可以对模型进行优化和修复。
其基本流程可以分成点云处理、封装构网、错误统计、模型优化等。将拼接好的东吴大学校门点云导入到Geomagic Studio中。为了提高后期模型的精度，因此要对点云数据进行去噪处理。按照第四章介绍的Geomagic Studi。去噪方法，对所测量的点云数据进行去噪。云数据经过去噪处理后，再对偏差较大的体外孤点进行删除，当敏感度设置较大时，会剔除掉大量点，从而影响到主体部分;当敏感度设置较小时，去除体外孤点的效果不明显。通过多次试验，最终敏感度选择41 .2，共剔除了30248个体外孤点。经过减少噪音和删除体外孤点后，整体点云无明显噪点，表面光滑，满足下一步工作的需求。为了提高不规则三角网的封装速度，防止封装构网时生成大量冗余三角形，进行点云精简处理。
对处理好的点云进行封装，构建三角格网模型。封装过程中三角格网数设置最大，避免当三角格网到一定数量时，系统会将其他三角格网删除，最终造成模型重建失败。同时为了保留更多的细节特点，选择保留“小组件”。
3.2 多源数据融合
针对较高的城市构筑物，利用地面扫描仪难以采集到顶部完整点云数据，单纯地利用不规则三角格网无法完成建模工作，而利用多源数据融合建模的方法可以有效地进行重建。地面激光点云重建技术和无人机实景重建技术是目前主流的两种建模技术，二者有着各自的优缺点。无人机倾斜摄影测量可以通过多个方向采集数据，更真实、更高效。但是无人机航测具有局限性，实景模型只能表现表面信息，对于构筑物的下部和细节等信息表现力较差。地面三维激光点云能够高效地采集无人机采集不到的细节信息，但是对于构筑物顶部信息获取的能力较差，容易造成点云缺失。融合多源数据，有机结合二者的优势，改善倾斜摄影实景三维模型中的TIN格网，获得更加完整的真实三维数据信息，使模型的细节表现力更强。
3.3 基于多源数据融合的模型重建
地面三维激光扫描建模技术和无人机倾斜摄影技术在数据采集方法、数据处理方式上有很大不同，二者都拥有各自的优势和局限性。地面激光扫描技术可以实现垂直方向上300°扫描，但是超过一定仰角后，由于架设仪器的局限性，对于目标物的高处和顶部信息采集能力较弱，容易造成严重的信息缺失，但是对于目标物的中下部和内部信息的采集能力较强，效率较高。无人机倾斜摄影测量技术可以对目标物进行多角度的数据采集，可以有效地获取大范围的、整体场景的全面信息，常用于城区等大区域的实景重建，但其本身具有局限性，由于遮挡或采集角度等问题，对目标物的下部和细节信息的采集能力较差，构造的实景模型易出现漏洞、拉花和粘连等问题。
为了解决单一数据源建模的局限性，本文将无人机倾斜摄影实景重建技术和地面激光扫描仪技术相融合。地面点云数据经过点云处理，分割出所需要的点云，并利用控制点将其坐标系进行转换后，其坐标系统己经和无人机空三加密点云在同一坐标系统下，可以进行数据融合。本次实验使用Smart 3D软件进行多源数据的融合和模型重建。将处理好的点云导入到通过刺点和空三计算的区块中，通过3D视图观察二者融合情况，
4.结束语
本文针对不同的城市构筑物，研宄了不规则三角格网法和多源数据融合法两种不同的模型重建方法。对于结构较为单一、构筑物体积较小，可以利用地面三维激光扫描仪扫描到全貌的城市构筑物，以东吴大学校门为例，利用不规则三角格网法进行模型重建。但在社会生产实践中，许多构筑物较高，利用扫描仪难以采集到顶部完整点云数据，将地面三维激光扫描技术和无人机倾斜摄影测量技术有机融合，结合二者的优势，构建具有较高精度、目标物细节特征表现良好的模型。。
参考文献
[1]王方建，习晓环，万怡平，钟开田，王成.大型建筑物数字化及三建模关键技术分析[J].遥感技术与应用，2414(01):150-156.
[2]马立广.地面三维激光扫描测量技术研究[D]. 武汉大学，2005.
[3]张毅.地面三维激光扫描技术在龟山汉墓测量和重建中的应用[D].长安大学，2013.
作者：陈立贵，身份证号：511026196312084912。