三维激光扫描技术在建筑测绘中的应用思考

摘要：中国建筑正处于快速发展时期，工程数量和规模都在快速增长伴随着高科技水平的快速发展，三维激光扫描技术在测绘行业得到了极大的关注，在地形测绘、建筑保护、智慧城市等方面得到了广泛的应用。与传统的测绘技术相比，该方法具有更高的效率，并且可以在三维立体成像中得到更多的信息。本文着重对三维激光扫描技术在建筑测绘中的具体运用进行了阐述，阐述了其在建筑测绘中的运用原则及优势，并对其使用中的一些关键性问题进行了讨论，从而达到整体提升建筑测绘的精度与效率的目的。

关键词：三维激光扫描技术；建筑工程；测绘技术

近年来，在我国的发展过程中，越来越多的出现了结构复杂、建设困难的高层和风格迥异的标志性建筑，而它们能否按时、高质量建成并投入运营，其测绘方法是关键。三维激光扫描技术是一项新兴的测绘方法，因其高效、高精度、无损等优点，备受施工企业和测绘公司的青睐。

一、三维激光扫描技术的应用原理

三维激光扫描技术，又叫三维实景复制技术，其原理是利用相应的激光装置来扫描被测绘的地区的实际情况，通过对真实场景的数字处理，可以获取被测绘地区的有关环境元素和控制点等。三维激光扫描技术在目前的测绘领域中，最重要的工作就是测定被测绘对象的三维坐标，并高效地执行并完成相应的测绘任务。在测绘目标的空间位置时，需要考虑目标的距离、水平及垂直偏转角度等参数。

第一，在遥测环节，采用三维激光扫描技术的方法，实现了对被测绘对象的远距离测绘和数据的处理。通常采用脉冲法，相位法和三角形剖分法。其中，相位法是一种高频遥感技术，它能对由激光信号引起的测距误差进行调制，并能计算出被测距离的时变形式，广泛地应用于医疗等高精度测绘中。利用三角形剖分法进行测距的计算，主要是利用几何上的联系来进行测距，常用于近景的测定；在测距中，脉冲方法的基本思想是采用了一种基于脉冲收发之间产生的时间差来测定并分析测距。

第二，角度位移是三维激光扫描技术中最关键的一项，其检测和计算通常采用直线和角度偏移两种方式进行。采用CCD器件、激光产生装置、直角棱镜等构成的测试与分析装置，通过对角位移幅值的测量和分析，得到步距角等，从而实现对角位移的实际大小的准确分析与测定。

第三，三维激光扫描技术是对被测物体进行扫描和定向的技术。在测绘对象的三维坐标系中，扫描是一个非常关键的环节。该系统将扫描的激光照射到待测的物体上，通过对物体的运动轨迹进行检测，得到物体与物体之间的距离。在对被检测对象进行检测时，利用其内置的钟差来实现对其进行纵、侧向角的检测。利用有关的运算公式，对所测点的三维坐标进行了求解，从而获得了所测点的三维坐标。在测绘对象定位过程中，对测绘对象进行了三维空间坐标变换，实现了对测绘对象的空间坐标变换。利用对应的坐标系及变换适用因子，即可获得被测对象的各项测量数据。

二、三维激光扫描技术在建筑测绘中的应用

（一）测绘工作流程

为了得到预测结果，建筑物规划流程包括准备阶段，外部环境数据采集阶段，以及内部数据综合处理阶段。首先，要对建设工程的基础数据进行搜集整理，这样才能对工程所在地有一个比较清晰的认识。对测绘工作的特殊需求和面临的问题进行了深入的研究，确定了施工方案，对人员进行适当的安排，并配备大量的软硬件设备。当量化数据时，相关人员需要决定精确的度量字段和具体的数值设定这个工程采用三维激光扫描仪扫描全部的目标建筑物。对应的平面视图信息也可以被获得。数据搜集完毕，必须开始验证数据。对于办公数据，点云处理软体能协助你有效的完成点云浏览，附着点云、去噪，以及拆分点云。利用三维塑型的方式，可以利用点云搜索到的数据，并绘制展示数化和绘制建筑整体效果的视图。

（二）现场数据收集链接

在三维激光扫描技术的实际使用过程中，获取的数据的好坏对三维模型的精度有很大的影响，其中，人的因素是其中的一个主要原因。在野外调查工作中，除运用现代数据收集手段之外，还加入了弹性作业机构。这样就能大大缩短探测器和大楼的距离。点云镶嵌是一项非常重要而又非常困难的工作。在实际测绘工作中，应尽量使前、后两个测点的交迭程度达到30%，并确保两个测点在同一平面上。为了便于以后安装，还可以将中心点的位置放在邻近的测绘点上。点云的品质与扫描参数的设定紧密相关。激光点的频移系数与点云的定位范围及匹配的准确性有很大的影响。在这次的测试工作中，采用了多种激光测试评估率，并将评估率设定为100KHZ。该激光扫描将纵向分辨力设定为0.182度，并且将横向分辨力设定为0.0035度。在建筑物数据的数字化工作中，采用数字摄像装置对建筑物进行拍照并画出对应的草图。站内数据扫瞄工作结束后，需要对点云数据进行一次彻底的检验，并对可能出现的缺陷或出现的数据进行返工和补充。

（三）设置站点

在三维激光扫描技术的运用中，要对所扫到的数据信息、站点所接收到的有关数据信息进行采集和分析，在施工的时候，要根据站点的具体情况，考虑到地形、环境等方面的影响，一般选择地势较高的地区，或是在视野较好的地区进行站点的合理的设计，以便在实践中不会因为地形的原因而产生问题。在进行测绘控制点的时候，首先要对地面进行平整，这是由于在现实中，三维激光扫描技术的坐标系通常都是单独的，因此，在进行站点的设计时，必须要保证在作业的行进路径上设定好，这样才能保证各个地点之间的数据都能得到很好的传递，从而能够保证数据的正确采集，防止数据信息的混淆。

（四）正式测绘

通过对现场环境的合理的布置，以及需要的工作站标识、仪表柜等，实现了对现场的三维激光测绘。每一个站点都要有一个粗略的估计。用三维激光技术进行4分钟的扫描。为提高测绘质量，保证数据精度，采用GPS，可在定位区内直接参照GPS，使之更符合工程应用需求。关闭屏幕整理数据，局部数据与现实需求不符，或将来的数据扫描有缺陷，可以重新进行一次扫描来进行局部调节和保证数据的正确性。同时，利用棱镜全站仪进行三维扫描，避免了周围环境干扰和其它干扰，从而大大改善了工程勘察的效果。在一些特定的位置上，用十字光标来协调度量，避免因抽样不当而造成的安全隐患。

总结

总之，随着国家的发展与科学技术的发展，三维激光扫描技术正处于持续的升级与优化阶段，充分利用多种测绘手段的优势，使其具有较高的精度，进而为其工作的开展提供了必要的技术支撑。然而，目前三维激光扫描技术的研究尚处于起步阶段，有待于进一步加强研究，并对其进行进一步的改进，使之更好地体现在建筑测绘领域中。

参考文献：

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[3]李晓华，张茹.激光扫描技术在中国古代建筑精细测绘中的应用——以西安钟楼三维建模及精细测绘项目为例[J].北京测绘，2021（5）：678-683.

作者姓名：解文武，出生年月：1990年5月，性别：男，籍贯：河北省邯郸市，

民族：汉，学历：硕士研究生，职称名称：高级工程师，研究方向：测绘科学与技术