工程測量三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用研究

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摘要:首先對三維激光掃描技術(shù)的主要組成部件進行了介紹，并對其工作原理以及特點進行了講解，然后根據(jù)在實際工程中的應(yīng)用進行了探究分析，發(fā)現(xiàn)三維激光掃描技術(shù)在針對建筑物外貌特殊、復(fù)雜情況下的測量工作中提升了工程測量的效率和準確度，應(yīng)廣泛推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:三維激光掃描技術(shù)，工程測量，建筑物

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對建筑工程的要求也越來越多樣化，各種各樣的仿生外形也賦予了建筑物新的活力，與此同時復(fù)雜與特殊的建筑施工工藝對施工數(shù)據(jù)的要求也越來越高，傳統(tǒng)的測量設(shè)備與測量方法也無法滿足，這也促進了新的測量技術(shù)與測量方法的誕生。三維激光掃描技術(shù)就是一種新型的技術(shù)，被人們稱為“實景復(fù)制技術(shù)”，通過對多種輔助設(shè)備與技術(shù)的應(yīng)用，能夠低成本高效率的獲取更高質(zhì)量的海量數(shù)據(jù)，更精細的體現(xiàn)建筑物的特征信息，為工程施工的順利進行提供有力的科學支持。

1三維激光掃描測繪技術(shù)原理與特點

三維激光掃描儀是一種通過綜合多種先進輔助技術(shù)的掃描測量系統(tǒng)，主要由計算機、高分辨率相機、線結(jié)構(gòu)激光光源、可控制旋轉(zhuǎn)濾光鏡、控制電路板等組成。主要核心技術(shù):1)空間點陣掃描技術(shù):控制多面反射棱鏡的轉(zhuǎn)動，使得激光光束沿X，Y兩個方向進行快速掃描，實現(xiàn)高精度的小角度掃描間隔、大范圍掃描幅度及高幀頻成像。2)激光無反射棱鏡長距離快速測距技術(shù):儀器向目標射出光束，計算激光飛行時間計算儀器到目標點的距離。三維激光掃描技術(shù)實際應(yīng)用具有一定的優(yōu)勢，除了測量精準度比較高之外，還具有其他的特點:1)通過激光發(fā)射進行掃描測量，能夠有效節(jié)省測量時間。同時在測量中可以減少對測量區(qū)域的污染與破壞。2)該技術(shù)綜合利用多種設(shè)備與技術(shù)，可以短時間內(nèi)獲取海量的測量數(shù)據(jù)，保證量測的精度。3)該技術(shù)利用自發(fā)光束進行測量操作，不受光線條件影響。4)該技術(shù)自動化程度高，設(shè)備體積小，對操作人數(shù)要求小，測量成本投入少。

2工程概況

本次涉及的工程為購物藝術(shù)綜合中心，位于市中心主干路與河流交叉口南岸，工程建筑面積約34萬m2，該建筑綜合體項目包括藝術(shù)展覽館、購物商場、星級酒店、寫字樓及公寓等多項功能于一體，建成后將成為該城市最大的單體建筑。整個建筑整體向外傾斜，外形現(xiàn)代時尚，由多個結(jié)構(gòu)錯落疊置在一起，每個結(jié)構(gòu)的線條又變化多端。這些對于傳統(tǒng)的測量方式都是極大的挑戰(zhàn)。

3三維激光掃描技術(shù)在工程建模中的應(yīng)用

3．1外業(yè)數(shù)據(jù)采集

1)掃描方案設(shè)計。掃描方案要注意的幾點:a．站點布設(shè)。要保證測站之間不能有障礙物，相鄰測站之間的掃描重疊度大于1/4，保障掃描數(shù)據(jù)的完整性。b．分辨率設(shè)置。目標要進行多位置掃描測量，每次測量前要根據(jù)與目標物的距離調(diào)整掃描儀的分辨率，使掃描效果達到最佳。c．標靶布設(shè)。相鄰測站重疊區(qū)域布設(shè)的標靶個數(shù)要大于3，均勻分布在測量場區(qū)。該項目最終確定布設(shè)要28個測站，四周21個，頂部7個。2)控制測量。為保障對該建筑物的掃描數(shù)據(jù)形成整體控制，測量方案中計劃將在掃描項目周圍均勻的布設(shè)8個控制點。在控制點布設(shè)過程中將會利用RTK技術(shù)布設(shè)綜合利用城市測量綜合服務(wù)系統(tǒng)以及城市似大地水準面，誤差可以控制在2cm以內(nèi)。3)數(shù)據(jù)采集。按照作業(yè)計劃對建筑進行測量掃描，并利用集成相機對場景進行拍攝，最后要對公共標靶和控制點進行掃描，以便后期點云配準。

3．2內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

1)點云去噪處理。將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，利用專業(yè)軟件對數(shù)據(jù)進行去噪，因不同實體反射而產(chǎn)生的噪聲點可利用濾波方法處理;由于障礙物與光束穿透形成的噪聲點，可在通過LeicaCyclone軟件中的人工交互的方式進行噪聲點批量去除。2)測量結(jié)果對比分析。選取點云模型上10條特征邊長與全站儀觀測數(shù)據(jù)進行對比發(fā)現(xiàn)相對差小于1‰，見表1，符合《城市測量規(guī)范》中1∶500DLG測量控制要求。

4實體建模

本次工程的實體建模將根據(jù)建筑不同的位置采用不同的方法，針對結(jié)構(gòu)相對簡單的建筑主體將采用幾何模型重建方法，而對有著不規(guī)則藝術(shù)造型的建筑表面以及異形屋頂將采用模型重建方法。1)幾何模型重建。利用LeicaCyclone軟件，綜合運用特征點擬合法、切片法、投影法，提取括建筑物的邊界、輪廓、屋脊等特征線進行幾何模型的重建。2)表面模型重建。首先將數(shù)據(jù)輸入到LeicaCyclone軟件中構(gòu)建無數(shù)個不規(guī)則的三角網(wǎng)，用來模擬建筑表面的具體形態(tài)特征，然后在保證精度基礎(chǔ)上精簡三角網(wǎng)數(shù)量，最后要根據(jù)建筑表面特征數(shù)據(jù)對三角網(wǎng)進行補充，最終形成比較完整的三角網(wǎng)模型。3)模型優(yōu)化。利用3dsMax軟件對模型進行優(yōu)化，使模型更具有美感，更加逼真。

5結(jié)語

在越來越復(fù)雜的施工建設(shè)中的測量技術(shù)要求也愈來愈高，三維激光測量技術(shù)的出現(xiàn)，可以使得工程建設(shè)的測量工作高效率、高質(zhì)量、低成本的獲取海量精準數(shù)據(jù)，為項目的順利建設(shè)保駕護航。數(shù)字化測繪技術(shù)已成為未來測繪技術(shù)的發(fā)展方向，在現(xiàn)代化工程建設(shè)中應(yīng)結(jié)合項目特點，不斷推進三維激光測繪技術(shù)的進步。

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作者：馬長清 單位：湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學院