１３２㊀|R E A LE S T A T EG U I D E三维激光扫描仪在建筑立面测绘中的应用探讨王㊀存㊀(安庆市城乡规划设计研究院有限公司㊀安徽㊀安庆㊀２４６０００)[摘㊀要]㊀三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术效率低㊁信息损失大㊁专业性难以推广的缺点,能对任何物体进行扫描,快速高效地将现实世界的环境信息转换成易于处理的数据,最大程度地还原真实社会环境,具有信息量丰富㊁直观可视㊁便于使用㊁扩展性强的特点.在建筑物立面测量领域,三维激光扫描测量技术的出现和发展,克服了传统建筑立面测量的局限性,它不再是利用皮尺㊁测距仪等简单工具进行建筑物长宽高的测量模式,而是能对建筑物进行无接触㊁快速㊁高精度扫描,同时将获得的点云信息快速转换成计算机可以处理的数据的高效测量方式.它解决了建筑物立面数据人工采集时所带来的精度损失㊁效率损失等问题,尤其是解决了高层建筑物立面元素无法量测的问题.本文以建筑行业的三维激光扫描测绘为研究对象,根据三维激光扫描的测绘线路,从实践角度验证建筑立面测绘工作中的优越性与便利性,为建筑行业的发展提供新的标杆.[关键词]㊀立面测绘;三维激光扫描仪;技术路线[中图分类号]T U １９８㊀㊀㊀[文献标识码]A㊀㊀㊀㊀[文章编号]１００９－４５６３(２０２３)１６－１３２－０３引言传统的建筑立面测量使用 全站仪免棱镜测量 与 手绘草图 相结合的方法.使用全站仪测量出门窗等结构的每一个角点,并辅以草图说明,内业处理时将三维坐标转换成立面的二维坐标,绘制出建筑立面的C A D 文件.这种作业方式在遇到古建筑等结构系统较为复杂的情况时,需要测量的结构点非常多,工作量大且不容易记录,效率较为低下.因此,有必要对原有的工作流程进行改进,以胜任更多类型建筑的立面测图任务.三维激光扫描技术又称实景复制技术,可以快速重建整个建筑物的全部空间几何特征,以１:１的真实比例呈现在计算机中,其数据格式为高密度㊁高精度的点云数据,利用该数据结合相关软件可以快速精确地制作建筑立面图形.为了保证原始数据的精度以及工作的便捷度,外业扫描宜采用架站式三维激光扫描仪.内业制图可以使用支持点云的制图软件,也可以直接使用专业的点云处理平台.使用三维激光扫描技术获取建筑物完整点云,能够保证立面测量的绘图质量,一套数据即可完成绘图㊁调绘㊁质检等多种用途.激光扫描仪在较短的时间内即可获取整个全景视野中的所有三维信息,比全站仪免棱镜观测结构点的效率高出几十倍,同时结合点云处理软件,可以根据建筑立面点云高效制作建筑立面图.精确详细的立面图,能够为建筑物的治理㊁修缮及美化等提供数据支持,尤其是在城市建设和历史建筑保护项目中作用更加明显.因此,基于三维激光扫描技术的建筑立面测图方案值得在行业内推广应用.１㊀三维激光建筑立面测绘技术１ １㊀三维激光扫描仪工作原理截至目前,行业内应用较为普遍的工程技术为三维激光扫描仪,其主要分为脉冲式三维激光扫描仪㊁相位差式三维激光扫描仪以及三角测距式三维激光扫描仪,这几种扫描仪中,脉冲式扫描仪应用的最为普遍,也是测绘立面过程中较为精准的一种测量工具.脉冲式三维激光扫描技术的工作原理就是通过激光测距的原理进行扫描工作,简单来说就是利用机器扫描发射脉冲信号和接收激光信号,进行测距,利用激光脉冲信号进行数据验算,捕捉相关的数据信息,最后根据之前所捕获的信息进行分析,确定特征以及点㊁线㊁面,最终被扫描数据所建立相关的模型.除此以外,在外业扫描的过程中还会根据实际需要进行数据影像处理,继而记录建筑物的外观色泽以及建筑的具体结构,以此来为后期的数据进行探讨研究,为建筑立面的测绘工作提供依据,有助于绘图工作的开展与选取,可以进一步提高可视化的效果,促进建筑立面测绘工作的开展.１ ２㊀三维激光扫描仪工作技术路线图在之前我们分析了三种测绘数据的工作原理,那么如何对三种扫描仪器进行科学良好的校对就显得尤为重要,是我们所追求的目标.我们要制定整体流程,按照要求进行操作步骤分析.首先我们要根据现场的情况进行检验,依据现场的建筑物整体情况进行科学合理的布局与安全,包括建筑物的大小与形状,还要选取合适的地点进行设备的架设,因为后期的处理是根据像素点的匹配拼接而成的,所以只需要保障扫描仪可以将建筑物完整全面地进行扫描即可.根据项目的实际情况进行扫描,确立仪器的放置位置,以此来达到最佳的效果.对扫描仪器的配准工作,数据预处理需要选取国外的测绘软件,当外业采集工作顺利完成后,需要对内业的工作进行处理,则需要进行科学的校对,提高其精准度,满足建筑立面测绘的需求.对拼接后的点云图像进行降噪处理,可以建立建筑物立面测绘外业扫描工作,对建筑物的很多情况都是共生的,在使用三维激光测绘技术进行扫描的时候,会对不需要的建筑物和绿化设施进行集中和处理,这些非目标性扫描的点云集合成为噪点.因为这个项目才采用的仪器直接采集,基于此,需要设定为全景扫描,全景扫描包含了周围的全部建筑物,这些多余的扫描信件不但会占用额外的存储空间,还会对文件进行降低效率,对于提取扫描的信息结果造成严重的负面意义,因此需要对点云进行降噪处理,对点云数据及时的删除处理,清理存储空间.在对点云数据进行拼接的时候,对数据进行真彩色像素信息加载,对点云数据进行真彩色像素加载的主要目的是绘图的实惠,可以清楚地提取准确的图像,提高内业的工作效率以及为工作发展提供更加便利的先决条件.绘图人员在计算机内部选取立体测绘模式,对于数据较为清晰,分辨率较为容易进行选取的时候,而后进行三维测量.然后获取相关的R E A LE S T A T EG U I D E |１３３㊀特征点进行选取,完成工业制图,最终建立建筑物立面图.在对建筑物的外业测绘的过程中,因为缺失较少的平面图,可以采用盒尺进行测绘或者是补测,对于缺失的部分,可以进行模拟演算,在完成补测后,在对缺少的部分进修那个成图检验.２㊀工程应用在对三维激光扫描技术的实际应用中,需要对道路两旁的建筑物进行梳理,按照相应的风格进行立面改造,首先需要根据现场的情况进行实地的检验,包括建筑物的类型进行扫描,确定其架设的位置,为获得更加精密的数据,需要对其进行全方位的探索,待数据采集完毕后,需要将数据导入电脑中进行降噪处理,进行数据处理比对,部分拼接的配准点根据云数据的显示进行操作检验.需要保持很好的点云拼接密度性,点云过滤系统的准确性,点云系统的密度充足,可以保障其建筑细节,进行三维量测,对于一些演示较为明显,位置较为选取的部位进行选取,可以综合进行考量,最终达到具有明显特征的三维距离,然后在计算机中进行数据测绘,建立三维测绘模型以及局部建筑平面图,达到了良好的测绘效果,为建筑立面测绘发展提供更加全面的支持.３㊀质量检查建筑立面检测质量检查的内容主要包括多个方面,检查立面图像数据的完整性与正确性,立面性的完整性与准确性,构建合理的搭建关系以及空间准确的表达性,立面及建筑物是否符合要求,需要对这些进行质量安全检验,以此来达到更加精确的效果,为建筑行业的发展带来全新的变革,满足我国的经济发展建设.４㊀优缺点比较在进行数据测绘的过程中,通常还应用到全站仪,全站仪与三维激光都是通过光学扫描仪器进行测试的,采用非接触式的原理进行测绘,快速获取三维数据进行分析,这样就可以避免传统手工艺那样对测量的物体造成损坏.而三维激光扫描系统只要投入极少数的人力资源便可以完成测绘工作,全站仪是则需要投入更多的人力资源进行操控,三维激光测绘可以极大程度上提高生产效率,减少人力成本的投入,带来更加可观的经济效益,促进企业的发展与科研资金的投入.满足企业的发展需求,进一步提升行业的核心竞争力.５㊀外业数据测量如果想利用三维激光技术测量外业数据范围,则需要控制好测区的控制点,采用全站仪和测量技术对需要测量的地方进行分析比对,用全站仪为测量的地区进行数据撑高,完成测量目标的绝对定位后,采用三维激光扫描技术进行定位,三维测绘技术采用测距仪进行边长的丈量,所以采取工程安装技术.还需要安装出合适的路线进行分析,可以看清楚自己的行走路线与扫描进度,外业数据测量,主要是通过测量也分析的技术进行测绘,这种测绘方法可以检验数据的精准性,为数据的发展提供支撑,便于数据的拼接,通过三维测绘技术可以促进外业数据测量的发展,为建筑立面测绘提供动力支持,促进其朝着更加开放的格局发展,满足建筑行业发展的需要.６㊀内业数据处理在完成外业测绘数据的采集后,需要对点云数据进行分析处理,首先需要将数据线连接至计算机设备,并且打开相关的数据测绘软件,进入软件的云端进行操控分析,将数据导入至云端.数据导入包含了点云创建㊁真彩着色等等步骤,所以耗费的时间较长.其次是需要与优化与检查,在将数据导入至云端后,对数据进行分析检查,需要人工进行比对分析,因为点云模型是三维的,所以有平面位置进行拼接,平面位置的拼接需要先移动,需要将云端数据与建立的模型相互结合,选取一条尽可能长的边进行旋转拼接,对没有拼接完成后的位置进行精细化调整.最后再为其着色,内业数据处理就完成了．内业数据处理是在外业数据处理的基础上进行再调整处理,可以获得更加准确的数据,为建筑行业的发展带来更加准确的数据,为施工团队带来更加直观的视觉信息,极大程度提高施工团队的便利性与数据的准确性,可谓是明智之举.７㊀S L A M 技术移动测绘技术的核心是根据地图进行构建,因为三维激光扫描技术需要运用到S L AM 技术,所以需要对S L AM 技术掌握一定的了解.S L AM 技术是一种移动扫描技术,它可以通过在一个陌生的环境建立传感器,进行自我辨别和定位,与此同时,还可以对周边的环境进行感应,并且增量式的建设地图,进行空间定位与自我盘算.由此可见,S L AM 技术是通过自我定位与测绘进行发展的,是一项不可多得的移动测绘技术,移动测量的距离越远,其测绘的数据愈发精确,解算的能力愈发精准,视角愈发广阔,测得的数据愈发精准,得到的误差也就会更加微小,精准度更加高清,更加促进数据的发展.基于过滤器的方法与图优化的方法之间的两大算法,对两者之间的算法进行深度解析,没有对前面的数据进行解析,所以他对自我的定位也比较差,图优化的方法则是依据更加准确,采取全局的方法进行发展,它的姿态也会不断地进行校正,精准度也会不断提高.图优化的方法主要分为前端与后端两个方面,前端主要是绘制图层和建立空间关系,而空间关系主要是依靠传感器与移动扫描设备来进行完成的,也就是传感器系统来进行传输,第二是通过闭合系统来进行约束,后端扫描系统不断对前端进行约束,以此来获得更加精密的解决算法,空间约束也会更加准确无误.三维激光扫描主要分为两个方面,一是采取合理的环境㊁空间特征进行合理的设计,空间特征越发精简,采集的精密度也会越高.二是采用合理的线路进行扫描仪的姿态,采用合理的线路,扫描的姿态也会愈发稳定,精密度也会越来越高.既可以促进三维激光的扫描技术的精准性,又可以稳定姿态,三维激光的科学性,为三维激光技术的发展带来全新的变革,为三维激光扫描技术的安全带来新的发展契机.促进三维激光技术的发展.(下转第１３６页)１３６㊀|R E A LE S T A T EG U I D E备的控制是由开利控制系统连同开利冷水机组一同闭环控制的,所以在换季关机阶段,这些设备无法运转,而板换运行需要用到这些设备.实地考察了系统构架后发现,配套设备都是变频控制,开利控制系统与被控的配套设备的变频器之间为模拟量０－１０V 接口.收集完相关信息后,我设计了以下方案.(１)选择带阀芯位置反馈的三通阀来切换冷机和板换.(２)增设一个B A 控制节点模块来控制水泵和风机.(３)鉴于开利系统对变频器的控制接口为模拟０－１０V ,则新增模块与变频器之间的控制接口采用M o d B u s －R T U .(４)将三通阀反馈线接到新增节点模块,据此判断当前切入设备是板换还是冷机.(５)变频器根据当前切入设备确定接受模拟０－１０V 控制还是接受协议方式控制.(６)增设温度㊁水流㊁压力变送器,接入新增节点模块,为板换模式单独设定P I D 闭环.(７)与开利施工方协商一致通过B A C N E T 读取开利控制系统的运行参数.(８)经过以上方案变更后,冷站的泵㊁风机有了２种控制来源,而决定使用哪种控制源则取决于三通阀的位置.同时,开利系统的工作参数通过协议接口在B A 工作站上得以展示,这样开利系统就完美与B A 系统融合了.在这里,出现了２种开放协议,MO D B U S 和B AC N E T .本案例中的主体通信协议是B A C N E T ,为了实现功能兼容,引入了MO D B U S 协议设备,这得益于系统网关能良好兼容此协议.在系统最初设计时已考虑到今后有可能要接入的第三方设备,在选择系统网关时,尽可能挑选能兼容更多通用协议的型号,这体现了系统可集成性原则.３ ２㊀维护可持续性本项目位于南京汤山汤铜路和纬十二路交界处,一期工程分为A １㊁A ２两个地块,以零售为主.本项目由１０个单体建筑和一个人工湖构成,我负责规划外总体综合管道.外总体管网承载着所有弱电系统的通信主干,除了要规划走向和截面大小还要考虑人井㊁手井的数量和位置以及外场设备的就近接入,其设计工作量不可谓不轻,且一旦有遗漏在地面硬化后均很难补救.确定工作思路:首先要拿到各个弱电系统在１０个建筑单体之间的拓扑结构以及外场设备点位图,然后将所有拓扑结构图和点位图放在外总平图上进行统一规划设计.通过业主方的协调,我向所有弱电相关单位要求提供外场设备布局图和各自的系统拓扑结构图,包含但不限于１０个单体建筑之间的线缆种类㊁数量㊁外径㊁最小弯曲半径㊁是否有冗余等信息,并规定了最后提交的截止日期.经过梳理,确定了线缆最密集区域的截面需求,综合整体考量以及统一和简易原则,最终决定使用九孔管和四孔管来部署外总体管网.接着按照底图上的建筑布局和外场设备开始部署人井和手井并完成编号命名,同时,对每个井的４个立面标注A ㊁B ㊁C ㊁D .最后,绘制每个井的４个立面图,包括:多孔管的规格㊁每个孔内的线缆规格㊁数量及所属子系统还有各子系统冗余管孔的分配.终版外场管线图由各家相关弱电公司确认后交给施工班组实施,各家单位按照事先约定的规则使用多孔管,整个施工过程未发生抢用占用或不够用等情况.移交运行至今,顺利地度过了几次系统升级.外场管网是每个项目都会碰到的内容,尤其是在园区等由多个建筑群组成的项目中,它的设计和规划就显得尤其重要.要让各个子系统的线缆各行其道就要事先做好充分规划安排,实施的时候就不会出现相互缠绕㊁孔洞冲突甚至干扰的情况,也保证了维护的可持续性.参考文献[１]㊀贺鹏飞．智能化建筑弱电系统设计与应用研究[J ]．中国建筑金属结构,２０２２(６):９３－９５[２]㊀夏秀林．弱电智能化系统的新发展及其设计要点分析[J ]．电子测试,２０２１(８):１１８－１１９[３]㊀任倩．某超大型商业综合体项目的建筑弱电系统工程设计[J ]．现代建筑电气,２０１９,１０(５):５６－６１[４]㊀刘院桂．论商业地产项目弱电系统的设置[J ]．科技创新与应用,２０１４(１５):１４０－１４０[５]㊀朱学中．智能化建筑弱电系统设计与应用研究[J ]．建筑与装饰,２０２１(３):１６,１８ (上接第１３３页)㊀结束语采用三维激光扫描仪,可以对工程进行测绘和验收,可以在建筑物表面进行测绘.免棱镜全站仪也可以在一定程度上提高外业效率,虽然相比于免棱镜全站仪的测量方法较为容易,但是外业工作量依然很大,所承受的压力依然很重,需要的技术依旧很高超.对于三维激光扫描仪与全站仪协调使用,可以进一步促进建筑立面的发展,满足建筑发展的需要.三维激光扫描可以进一步缩短外业工作时间,在极短的时间内处理内部的建筑物整体形状以及发展趋势,并且为建筑物的测绘提供更加准确的支持,还可以测量出更加准确的数据,进一步提高行业的行为技术,促进相关行业的发展.参考文献[１]㊀谢武强,宋杨,王峰,等．全三维激光扫描仪在建筑物立面测量中的应用[J ]．城市勘测,２０２１,２(１):１２－１４．[２]㊀吕宝雄．基于三维激光扫描的建筑立面测绘关键技术[J ]．西北水电,２０２２(５):３０－３２,４５．[３]㊀蒋江生,杨元兴．三维激光扫描技术在建筑立面测绘中的应用[J ]．地矿测绘,２０２２,３０(３):３８－４０．[４]㊀王宇兴．三维激光扫描仪在临街老旧建筑改造中的应用[J ]．测绘通报,２０２０(９):１３５－１３６。
![[课件资料]法如激光三维扫描仪在古建筑保护领域的应用](https://imgs-1438308264.cos.ap-hongkong.myqcloud.com/0512959f50e2524de5187e54.webp)
