三维激光扫描在建筑规划竣工测绘中的应用
邓蕾 刘俭
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邓蕾 刘俭,. 三维激光扫描在建筑规划竣工测绘中的应用[J]. 光电子进展,202411. DOI:10.12721/ccn.2024.160608.
摘要: 三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据,因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。因此,利用三维激光扫描仪测量技术,获取1:500竣工地形图和竣工三维模型,不但可以有效避免传统作业方式的强度大、效率低、周期长和重复测量等弊端,提升生产效率,还能为规划验收提供更为丰富、直观的数据信息,辅助行政审批部门管理决策。
关键词: 三维激光扫描;建筑规划;竣工测绘;应用
DOI:10.12721/ccn.2024.160608
基金资助:

前言:随着科学技术的不断发展与进步,三维激光扫描技术得到了迅速发展,在建筑规划竣工测绘过程中起着至关重要的作用,弥补了传统单点测量方式中存在的不足。三维激光扫描技术可在规定时间内发射出数十万个的点,以点云的方式表达三维空间几何形态,采用高分辨相片技术实现物体的三维正射影像,以三维图像表达物体状态,解决传统技术中存在的各种测绘问题,可有效提高工作的效率和质量。

1、三维激光扫描概述

该项技术属于全自动扫描技术,具备较高的准确性,能够短时间内收集物体表面的连续三维坐标和相应的影像数据,基于此,该项技术也常被称为实景复制技术,它属于测绘领域技术运用的再次创新。同全站仪及GPS测量技术进行比较,三维激光扫描数据信息的获取效率更高,且其采样点数也相对较多,可全面防止原来的测量点数据应力分析中存在的片面性及局限性问题,也就是解决了以点带面分析存在的不足;同近景摄影测量方式进行比较,虽然该项技术不能构建连续三维模型,但是其工作效率较高,后续数据处理工作也非常简便,可以短时间内构建测绘的三维数据模型,有着非常好的运用前景。由于激光扫描的三维数字化测量技术是在原有测量技术之上发展起来的,借助激光扫描仪,可以高效采集点云数据,把外业工作变为内业工作,在很大程度上减少了外业工作时间,与此同时,还有效缩减了劳动强度,有利于全面提高工作效率。

2、建筑规划竣工测绘内容及技术现状

城市建筑规划竣工测绘的内容主要有1:500数字地形图的测绘、室内地坪测量、建筑物与周边地物关系测量、建筑物高度测量,建筑物面积测量,绿地面积测量,成果报告编制等。传统的规划竣工测绘方法是使用全站仪、水准仪、钢尺、手持测距仪等配合完成,主要为二维平面测量,部分地区加测了楼高、面积等数据,这些数据为规划管理提供了基础数据,提高了规划管理的水平和工作效率。然而随着经济快速发展,城市化进程进一步加速,城市规划管理的要素也越来越多,管理越来越复杂,二维的竣工图不能直观的显示出建筑物的形状以及建筑物与周边地物的空间关系,也不能提供地下管线、建筑物风格、色调等要素,已不能满足规划管理的要求。

以激光扫描为代表趋势的三维数字化规划竣工测量是在传统测量基础之上,利用激光扫描仪快速、高效、准确地获取海量点云数据,将外业工作转移到内业进行,大大减少外业作业时间,减轻了劳动强度,提高了工作效率。成果的制作在固有竣工测量工作环节中增加三维量测和模型制作,实现三维竣工图的同步建立,以达到三维城市模型实时、准确和动态更新的目的。

三维激光扫描在建筑规划竣工测绘中的应用

3.1建筑物立面测量

传统的建筑物立面测量方法需要使用测量仪器进行逐点测量,工作量大且容易出错。而三维激光扫描技术能够以非接触的方式快速获取建筑物立面的点云数据,极大地提高了测量效率和准确性。三维激光扫描技术利用激光束扫描建筑物表面,并通过接收激光的反射信号来获取建筑物的三维坐标数据[2]。在进行立面测量时,激光扫描仪被放置在适当的位置,通过旋转和水平移动的方式对建筑物进行扫描。激光扫描仪发射的激光束在建筑物表面反射,并由接收器接收,记录激光的反射时间。通过测量激光的传播时间和光速的关系,可以计算出激光束的传播距离,从而得到建筑物表面各个点的三维坐标。通过三维激光扫描技术获取的点云数据包含了建筑物立面的详细信息,如窗户、门、梁柱等。这些数据可以用于立面设计、维修和改造等方面。在立面设计中,设计师可以根据点云数据准确地了解建筑物的几何形状和细节,从而进行设计方案的制定和调整。在维修和改造过程中,施工人员可以借助点云数据进行精确的测量和定位,提高施工效率和准确性。

3.2外业数据采集

外业数据采用Z+F IMAGER5010地面三维激光扫描仪对项目建筑立面进行全要素几何空间数据扫描。仪器安装简单,只需固定于脚架之上,无需标靶,采取自由设站。但仪器自携带基座可供整平,若扫描现场整平仪器,则点云配准后便不再需要重新定义水平方向。为了在点云处理阶段尽可能减少人工干预,提升全自动配准的精度,在扫描时需要注意:(1)尽可能选取一个较大的入射角作为测站位置,扫描建筑立面。(2)相邻立面的扫描应保证有30%以上的重叠度。(3)扫描设置为1min一个测站,故实际有效测程常常为50~80m。(4)沿街建筑立面扫描作业时行人较多,在有行人遮挡的情况下,测站扫描结束后及时通过扫描预览图查看扫描质量,决定是否需要补测,以保证数据的完整性。(5)建筑转角处两侧需设置测站,增加点云重叠度。(6)做好测站分布记录,以便随时查看测站分布的合理性,以便于适当增加(或减少)测站密度,尤其是在对面沿街建筑立面扫描时可根据实际情况判定测站增减。

3.3三维激光扫描方案

由于每个地区的特征存在差异,因此,在扫描方案的选择上应根据具体情况进行分析,需要全面结合已控制好的点分布特征情况。

(1)坐标系扫描法。

扫描仪与靶标在扫描的过程中均可以直接放置在设置好的控制点处,有利于缩减扫描流程,提高扫描效率,内业通过借助已获取的数据,确定点云绝对位置和方向。

(2)碎部控制扫描法。

这种方法的扫描仪在扫描的过程中无须架设在已知的控制点上,外业只需采用常规测量方式获取云中的相关数据和信息,以获取三维坐标的具体位置。内业可直接采用各站之间的同名碎部控制,完成相关数据的额配准和定向。

(3)靶标配准法。

在扫描的过程中无须将其控制在已知的控制点上,通过相邻两站间4个以上的靶标,确定相邻两站间的具体的关系位置,在实际操作过程中只需取少量的碎部控制点。内业通过同名靶标球完成对相邻站点云的匹配标准,可直接确定整体点云的绝对方向。

通过对测区内卫星信号的强感和弱感进行测量,测量区域附近可发现明显的控制点情况、实际测量区域范围的大小,可根据上述多种因素和内容,制定具有时效性的作业方案,以满足外出作业时间段、点云数据全面、操作流程简单化等要求。

3.4数据处理

(1)点云拼接

利用仪器配套的FaroSense点云后处理软件进行测站拼接,并在Cyclone软件中删除噪点。

(2)三角网模型的建立

在Geomagic软件选定合适的参数对处理好的点云数据建立三角网模型,选用本次扫描仪测量获取的数据同前期用全站仪测量获取的数据进行比较,从比较结果来看,扫描仪获取的数据和全站仪获取的数据虽然在数值上会有一些差别,但变化趋势基本上一致。

(3)地形绘制。

若点云比较稀松,无法准确判断建筑两旁道路的边线、摄像头、路灯等,需要根据高程特性选择合适的高程空间完成高层的伪装彩色渲染,有利于更准确判断绘制的对象。

(4)成果制作

根据扫描的点云数据,绘制1:500数字地形图,建筑物的竣工立面图、平面图、剖面图,制作三维模型进行室内地坪测量、建筑物与周边关系测量、建筑物高度测量。

结束语:将三维激光扫描测量技术应用于建筑规划竣工测绘,获取记录三维数字信息的规划竣工测量成果,将是未来测绘服务城市规划管理的发展趋势,如今是地理信息快速发展的时代,普通的二维数据已经不再能满足时代的发展需要。通过三维激光扫描测量技术完成大比例尺竣工地形图测绘,可满足规划竣工测绘的精度要求,能有效提升规划竣工测绘的生产效率,丰富规划竣工测绘成果。

参考文献

陈小丽.三维激光扫描在建筑规划竣工测绘中的应用[J].信息系统工程,2023(03):67-70.

孙肖.三维激光扫描在建筑规划竣工测绘中的应用[J].智能城市,2021,7(09):51-52.

黄李晶.三维激光扫描技术在建筑测绘中的应用研究[J].智能城市,2021,7(15):51-52.