鄧建波，胡國紅

（江西有色地質(zhì)測繪院，江西 新余 338000）

建筑測量，是測量工程中非常重要的項目。由于建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建筑圖紙資料缺乏，并且空間狹小，因此對測量工作帶來較大的不便。而對于三維激光掃描點云數(shù)據(jù)處理技術(shù)來說，涉及色彩灰度與目標處理強度要素，同時還包括目標空間信息要素等，對點云數(shù)據(jù)后處理技術(shù)，通過分析、測量、模擬、檢測，能夠獲取高精度測量數(shù)據(jù)結(jié)果，且與傳統(tǒng)的單點測量方式比較優(yōu)勢突出[1]。由此可見，從提升建筑測量作業(yè)的精準度角度考慮，本文圍繞“三維激光掃描點云數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用技術(shù)”進行分析研究價值意義顯著。

1 三維激光掃描點云處理技術(shù)概述

在三維信息采集裝置的應(yīng)用下，對三維點云數(shù)據(jù)進行收集。對于當中的信息收集設(shè)備來說，通常為三維激光掃描儀。此設(shè)備的構(gòu)成成分包括：其一，控制系統(tǒng)；其二，供電系統(tǒng)；其三，支架系統(tǒng)；其四，掃描系統(tǒng)、其五，掃描角度等；三維激光掃描儀主要對角度、距離進行測量，并進行校正及攝影作業(yè)[2]。利用測距技術(shù)，能夠?qū)⒂^測值S得出來，并包括被測物體的垂直角度、水平角度；如下圖1所示，為激光三維掃描儀原理圖，通過測量最終能夠獲取物體表面至坐標原點的距離、垂直角度、水平角度，進一步獲取物體表面K（X、Y、Z）點與坐標原點的相對三維坐標。

圖1 激光三維掃描儀原理圖

值得注意的是，因點云屬性涉及一些關(guān)鍵信息，比如：法向量、位置、顏色等，與傳統(tǒng)的三角非均勻網(wǎng)絡(luò)比較，點云模式能夠得到合理科學的信息，通過簡單的操作，將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)科學地呈現(xiàn)出來[3]。目前，三維點云技術(shù)在注冊、數(shù)據(jù)采集、特征信息獲取、表面建設(shè)等工作領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，能夠使處理技術(shù)與相應(yīng)點繪制形式的統(tǒng)一性得到有效實現(xiàn)。

2 三維激光掃描點云數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用技術(shù)分析

如前所述，對三維激光掃描點云處理技術(shù)的概念及基本應(yīng)用有了一定程度的了解。而從建筑測量成果的提高角度考慮，有必要掌握三維激光掃描點云數(shù)據(jù)處理方法及該項技術(shù)的具體應(yīng)用要點?？偨Y(jié)起來，數(shù)據(jù)處理、技術(shù)應(yīng)用要點如下：

2.1 單體建筑與大規(guī)模建筑掃描建模技術(shù)方法

在三維激光掃描過程中，建筑類型不同，其掃描建模的方法不同，具體如下：

（1）針對單體建筑，需使用3DMax三維建模軟件進行掃描處理，主要優(yōu)勢為不需要使用到建筑圖紙，便能夠快速得到建筑的具體尺寸，進一步將建筑群布局及真實模型制作出來，并且收集的數(shù)據(jù)精度非常高。然而，采取此模式對建模對象進行掃描，在構(gòu)建表明規(guī)整的建筑模型效果方面不夠理想，主要是由于采取激光基于平臺采集的點密度偏大[3]。因此，可采取I-SiTE Studio，針對掃描的點數(shù)據(jù)實施重新建模措施，經(jīng)人機交互模式聯(lián)合點云形狀，對點、線、面的幾何元素進行構(gòu)建。所以，對于規(guī)則單體建筑，其建模難度比較低，可通過三維建模軟件，得到建筑的具體三維尺寸，進一步促進模型建設(shè)精度的提升。

（2）一方面，針對大規(guī)模建筑，在掃描建模過程中，針對正射投影，由于三維掃描儀對失修古跡的掃描優(yōu)勢突出，這主要是古代建筑群具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間狹小以及建筑圖紙缺乏等特征。所以，基于修繕及維護工作過程中，需對建筑結(jié)構(gòu)進行認真分析，針對具有特色的建筑，需進行具體紋理模型的構(gòu)建。比如，基于某建筑群數(shù)據(jù)采集過程中，掃描位置有效數(shù)量為123個，涉及：彩色點云、點云數(shù)據(jù)等，通過數(shù)據(jù)的收集，能夠為建筑結(jié)構(gòu)的獲取提供便利，進一步便相對應(yīng)結(jié)構(gòu)圖的繪制，對后續(xù)維護工作提供有效保障依據(jù)。所以，可利用三維掃描技術(shù)，對掃描數(shù)據(jù)獲取出來，然后在結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，使投影圖生成，采取Riscan Pro，使正射投影圖的相關(guān)插件有效行程，然后進行正射投影圖的繪制。當然，可利用投影平面及剪裁點云數(shù)據(jù)的方式，得到相對應(yīng)的剖面圖，進一步實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)的充分了解。另一方面，針對規(guī)模比較大的建筑物，有必要對每一個位置之間的連接部位進行掃描，如果室內(nèi)結(jié)構(gòu)與走廊比較復(fù)雜，可在明確掃描位置的條件下，將公共反射體合理放置好。比如，需確保兩個掃描位置之間具備公共反射體4個，進一步使后期模型拼接作業(yè)有效完成。與此同時，由于一些建筑的高度偏高，內(nèi)部掃描空間不足，在對屋頂數(shù)據(jù)進行掃描過程中，需選取距離樓頂200m的位置掃描。在三維掃描儀正常作業(yè)狀態(tài)下，反射體需放置于距離掃描儀200米的位置，除此之外，倘若掃描期間有拼接誤差問題出現(xiàn)，在獲取近似公共點的基礎(chǔ)上，可以利用網(wǎng)絡(luò)模型，或者點云數(shù)據(jù)獲取該數(shù)值。如果該掃描期間，反射點采樣點比較少，那么難以獲取精準的數(shù)據(jù)結(jié)果，易出現(xiàn)重影的現(xiàn)象。所以，需基于三維掃描期間配置全站儀、自動攝像測量與實景三維建模軟件，獲取點云數(shù)據(jù)之后，使反射體的數(shù)據(jù)精度有效提升，使誤差有效降低[4]。

2.2 模型參數(shù)的確定方法

在模型參數(shù)確定期間，需利用RANSAC算法，基于噪音點云數(shù)據(jù)當中，根據(jù)檢測模型，對參數(shù)進行合理設(shè)置，主要方法為：其一，將Data樣本集內(nèi)模型M設(shè)置好，根據(jù)其特征，對最低抽樣數(shù)量n確定；然后基于其內(nèi)部將n個樣本選出來，構(gòu)建出初始的模型M1。其二，基于剩余的樣本當中，即在SC＝Data-s內(nèi)，對樣本集進行隨機抽取，然后構(gòu)建出模型M2，通過模型M1和模型M2之間的對比分析，得出正確的最優(yōu)化模型。

除此之外，還需要做好平面區(qū)域分割工作，如果把點云劃分成非平面與平面區(qū)域，則需利用RANSAC算法，使采樣點數(shù)減少，使檢測速率加快，進一步得到精準的檢測數(shù)據(jù)。當然，還可以對RANSAC算法加以應(yīng)用，進行平面檢測作業(yè)，不需要對建筑所有點云數(shù)據(jù)收集，便可以進行相應(yīng)設(shè)置，在對模型參數(shù)加以明確的基礎(chǔ)上，保證檢測數(shù)據(jù)結(jié)果的精準性。

2.3 技術(shù)應(yīng)用實例分析

以某建筑測量工程項目為例，可以使用三維激光掃描技術(shù)，利用Rigel VZ-400掃描儀進行掃描，具體指標內(nèi)容包括：①近紅外線波長為1550nm，安全級別為Ciass I；②光斑直徑為0.25nm，掃描精度為3mm；③水平掃描視場為360°、垂直掃描視場為100°；④此外，如果掃描表面反射率＞90%，那么在高速掃描期間，將距離設(shè)置為350nm，長距離掃描距離為600m。涉及的掃描技術(shù)要點如下：

（1）數(shù)據(jù)采集及處理。本建筑工程項目基于平面領(lǐng)域為軸線對稱，正立面中橫縱結(jié)構(gòu)一共有三段?？衫肦iscan PRO軟件，針對建筑相鄰站點的公共位點采取粗拼接措施，并以點云誤差最小化的原則，實施細拼接處理，進一步把車站的點云數(shù)據(jù)集中掃描到儀器坐標系當中，使平滑處理及點云數(shù)據(jù)濾波處理順利完成[5]。

（2）成果輸出。利用Geomagic，對三角網(wǎng)模型進行構(gòu)建，并對數(shù)碼相機、三維模型應(yīng)用，把高分辨率圖片導(dǎo)入軟件當中，使映射有效完成。在對三維模型進行重建的基礎(chǔ)上，將本工程項目建筑的剖面圖、立面圖以及側(cè)面圖繪制出來，獲取顯著、精準、且有效的測量成果，進一步為建筑后期修繕及調(diào)整提供有效憑據(jù)。

3 結(jié)語

綜上所述，認識到三維激光掃描和傳統(tǒng)單點測量方法比較，優(yōu)勢突出。而在建筑測量過程中，需根據(jù)建筑的特點，比如單體建筑或大規(guī)模建筑，進行合理科學地掃描建模，進一步對模型參數(shù)加以明確。此外，在建筑工程項目測量工作中，利用三維激光掃描技術(shù)，需重視數(shù)據(jù)采集及處理，并將成果輸出，以此使三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用價值得到有效體現(xiàn)，進一步全面提升建筑測量結(jié)果的精準度?？傊S激光掃描技術(shù)應(yīng)用價值頗高，值得在建筑測量工作中推廣及應(yīng)用。