三維激光掃描儀在建筑物立面測量中的應用推廣

三維激光掃描儀在建筑物立面測量中的應用推廣

1概述

       隨著現代科學技能的蓬勃發展，三維激光掃描技能被越來越多的用在工廠數字化、變電站數字化等方面。三維掃描技能又稱“三維實景復制”技能，可對儀器周圍環境進行掃描。通過掃描可以獲取周邊環境的點位信息以及被測物體表面的反射強度和顏色信息，生成三維的彩色點云，可將周圍環境數字化，存儲在電腦中。與傳統方法相比，無人機攝影測量它既可以節省外業工作時間，縮短工期，又可以將建筑、管道等信息記錄下來，方便后期二維出圖與三維建模，從而好的對工廠設施進行管理。

1.1三維激光掃描原理

三維激光掃描儀主要是一部準確的激光測距儀加上一組可導引激光以等速度掃描的反光棱鏡,加高清晰攝像機組成。激光測距儀采用脈沖式測量，可以主動發射激光同時接受來自自然物體的反射信號進行測距,針對每掃描點可測得測站至掃描點的斜距,配合掃描的水平角和豎直角,可以求得每掃描點與測站點之間的坐標差,若測站點和一個定向點的坐標為已知值,則可以求得每掃描點的3 維坐標。計算公式如下：

X=Scosθcosa

Y=Scosθsina

Z=Ssinθ       

       目前激光掃描速度就可以產生大量觀測數據數據,成為點云數據,為我們提供大量的三維坐標數據數組。三維激光成像掃描儀是一種非接觸式主動測量系統,可進行大面積高密度空間三維數據的采集。與景攝影測量相比,具有點位測量精度高,采集空間點的密度大、速度快,不需要控制點就可以建立建筑物模型等特點。由于激光掃描以主動式光源進行測量,可以在無光照情況中進行觀測,這給高大建筑物和隧道內掃描觀測提供了方便。并且三維激光掃描儀可以同時接受反射的激光和可見光,可將可見光的強度及色彩賦貼在3 維坐標點上,形成三維影像(3D Imag)因此點云數據不盡包含了有限體表面上離散點的空間坐標，還包含了某些物理參量。點的表示形式為(X，Y，Z,，R，G，B，intensity（灰度）),不僅包含了點的空間位置關系,還包括點的強度信息和顏色灰度信息。

1.2三維激光掃描技能優點

        三維激光掃描技能與傳統測量技能相比具有如下一些特點：

（1）自動采集數據

三維激光掃描技能采用非接觸掃描目標的方式進行測量不需反射棱鏡,對掃描目標物體不需進行表面處理,直接采集物體表面的三維數據,所采集的數據真實穩靠。無人機攝影測量告訴你可以用于解決危險目標、環境(或柔性目標)及人員企及的情況,具有傳統測量方式難以完成的技能優點。

（2）不需草圖連線

        由于外業測繪可以測量，其外業數據較全，所以也不需繪制草圖，只要在內業進行綜合取舍，完成制圖任務。對于不達到設計方要求的綜合取舍可以根據原始點云數據進行修改，不用在去現場。

（3）不受環境及時間約束

三維激光掃描技能采用主動發射掃描光源(激光),通過探測自身發射的激光回波信號來獲取目標物體的數據信息,因此在掃描過程中,可以實現不受掃描環境的時間和空間的約束。

（4）高分辨率。

       三維激光掃描技能可以獲取海量點云數據,可以對掃描目標進行高密度的三維數據采集,從而達到高分辨率實景復制的目的，從而減少漏測少測的情況產生。

2 傳統測量技能缺陷及三維激光優點

2.1測量精度差

建筑物樣式多樣，高低、大小不同，用傳統方式測量一般是皮尺配合著全站儀來實施，測量時難免會有誤差存在。在對不規則建筑進行測量時是復雜，而掃描儀可以把建筑物形體已點云的形式表現出來，且點云也是真彩色，的密度可以達到1mm，這樣在點云上直接勾線畫圖，在描述不規則建筑。

2.2測量速度慢

       傳統的測量方式，像全站儀測量，單個建筑測量儀器至少要架設2站，復雜的建筑甚至要架設8站以上。傳統方式是單點測量，想完整的描述一個立面，需要很多個特征點，這些點要一個一個去測，建筑層數比較高的情況下，特征點找區也會出現錯誤。而掃描儀掃描一個建筑只要2站就可以，每站掃描時間在30秒內，每個建筑立面可獲取500萬個點以上。

2.3內業處理繁瑣

傳統的方式測量盲區比較大，因為全站儀在測量高層建筑時會擺放棱鏡或者激光找點比較費事，很多點都是靠手工來補充。全站儀測回的點在進行內業處理時也不容易分清，很容易出現重測。而掃描儀把建筑立面點都采集回來，直接在點上勾線，這樣易于出圖。

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三維掃描方案概述

1、外業掃描

無人機攝影測量對于工廠等需要數字化較大的區域，我們采用掃描儀加全站儀的掃描方式。全站儀布設控制點，控制掃描儀累計誤差。通過多角度的掃描采集工廠內的建筑、廠房、管道等三維信息。