趙玉臣 謝宏全 徐家駿 孫權(quán) 張鎮(zhèn)

摘 ?要：針對(duì)傳統(tǒng)的平整度測(cè)量方法工作效率較低、檢測(cè)精度不高，導(dǎo)致平整度計(jì)算結(jié)果誤差較大等問(wèn)題。近年來(lái)，三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于平整度測(cè)量引起了相關(guān)學(xué)者的關(guān)注，選取學(xué)校海洋樓墻面作為研究對(duì)象，利用徠卡C10三維激光掃描儀獲取特征表面的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，運(yùn)用Matlab、Excel等軟件計(jì)算出墻面的平整度。研究結(jié)果表明：利用三維激光掃描技術(shù)測(cè)量特征表面的技術(shù)方法是可行的，具有速度快與精度高的特點(diǎn)，同時(shí)能夠得到直觀的不平整區(qū)域顯示效果。

關(guān)鍵詞：平整度;激光點(diǎn)云數(shù)據(jù);Matlab;特征表面

中圖分類(lèi)號(hào)：P258 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）32-0122-02

Abstract： For the traditional flatness measurement method is low efficiency， detection accuracy is not high， resulting in the flatness calculation results error is large. In recent years， the application of 3D laser scanning technology to flatness measurement has aroused the concern of relevant scholars， selected the school ocean wall as the research object， used Leica C10 3D laser scanner to obtain the laser point cloud data on the feature surface and pre-processthed the data， using Matlab， Excel and other software to calculate the flatness of the wall. The results show that the technical method of measuring the characteristic surface using 3D laser scanning technology is feasible， has the characteristics of high speed and precision， and can obtain the intuitive uneven area display effect.

Keywords： flatness; laser point cloud data; Matlab; characteristic surface

引言

隨著中國(guó)城市建設(shè)的快速發(fā)展，針對(duì)高層或超高層建筑物墻體平整度檢測(cè)是建筑安全檢查的重要組成部分。隨著測(cè)量新技術(shù)的發(fā)展，將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用到特征表面平整度檢測(cè)成為新的研究方向。國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究，主要有：李廣等[1]在采用FARO X330獲取激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用Geomagic Qualify軟件完成平面擬合并計(jì)算出平整度;李杰等[2]利用FARO Focus 3D獲取不同材質(zhì)墻面的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，采用Matlab軟件編程計(jì)算出平整度;程效軍等[3]運(yùn)用最小二乘擬合的方法檢測(cè)墻面平整度;李偉等[4]利用地面三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行了道路平整度的研究;本文使用徠卡C10掃描儀獲取校園內(nèi)海洋樓墻面的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，運(yùn)用Cyclone與Matlab等軟件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算墻面平整度。

1 激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取與預(yù)處理

1.1 激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取

依據(jù)本試驗(yàn)研究的數(shù)據(jù)質(zhì)量需要，研究對(duì)象選擇校園內(nèi)海洋樓的東側(cè)墻面（圖1），掃描面積約為30m2。使用徠卡C10三維激光掃描儀，激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取的主要步驟如下：（1）在距離墻面大約15m的位置架設(shè)儀器并整平。利用窗掃描確定掃描對(duì)象的大概矩形范圍，選擇低分辨率進(jìn)行預(yù)掃描，依據(jù)掃描結(jié)果可以多次調(diào)整，直到預(yù)期的掃描范圍。（2）預(yù)掃描達(dá)到預(yù)期范圍后切換至分辨率界面，將分辨率調(diào)整為用戶自定義，對(duì)特征表面進(jìn)行測(cè)距得到儀器到特征表面的距離，輸入試驗(yàn)前確定的分辨率（2cm），然后開(kāi)始掃描。依據(jù)掃描后顯示的點(diǎn)云效果，判斷合格后，插入U(xiǎn)盤(pán)傳輸數(shù)據(jù)，儀器關(guān)機(jī)掃描結(jié)束。

1.2 激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理

將U盤(pán)中的掃描數(shù)據(jù)拷貝到實(shí)驗(yàn)室聯(lián)想圖形工作站，使用儀器配套的Cyclone軟件進(jìn)行預(yù)處理，主要步驟如下：（1）新建數(shù)據(jù)庫(kù)，并將掃描獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入其中。（2）對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪，首先使用框選方法大面積刪除不需要的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。然后繼續(xù)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行小范圍的去噪，刪除完成后即得到目標(biāo)點(diǎn)云。（3）通過(guò)點(diǎn)云的統(tǒng)一化獲取所需要的點(diǎn)云間隔，點(diǎn)云間隔設(shè)置為20cm，得到抽稀之后的點(diǎn)云圖。（4）由于需要坐標(biāo)數(shù)據(jù)在Matlab中運(yùn)算，在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中選取特征平面中起伏變化較為明顯的局部區(qū)域，導(dǎo)出TXT格式的三維坐標(biāo)文件。

2 特征表面平整度計(jì)算原理

3 計(jì)算結(jié)果

利用Matlab軟件計(jì)算海洋樓墻面的擬合平面方程通過(guò)圖形表達(dá)效果如圖2所示。

利用處理好的點(diǎn)云坐標(biāo)數(shù)據(jù)和Matlab計(jì)算所得的擬合平面方程，計(jì)算出墻上點(diǎn)到擬合平面的距離即di值（圖3）。

運(yùn)用計(jì)算所得的di值在Excel中做出di值分布圖（圖4），表示點(diǎn)云數(shù)據(jù)在擬合平面的分布情況。

將計(jì)算所得的di值導(dǎo)入Excel中，將平整度計(jì)算公式輸入Excel中，計(jì)算出海洋樓墻面平整度為2.214mm。

4 結(jié)論

利用三維激光掃描儀獲取的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)能夠滿足特征表面的平整度計(jì)算的精度要求。通過(guò)計(jì)算點(diǎn)云坐標(biāo)到擬合平面距離的單位權(quán)中值誤差，可以獲取特征表面的平整度。激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)在特征表面平整度計(jì)算方面具有快速、精度高、直觀顯示的優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李廣，吳長(zhǎng)悅，馮騰，等.基于三維激光掃描技術(shù)的建筑物墻面平整度檢測(cè)[J].山西建筑，2017，43（11）：204-205.

[2]李杰，程效軍.三維激光掃描儀在墻面平整度檢測(cè)中的應(yīng)用[J].井岡山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，35（4）：13-17.

[3]程效軍，唐劍波.基于最小二乘擬合的墻面平整度檢測(cè)方法[J].測(cè)繪信息與工程，2007（4）：19-20.

[4]李偉，劉正坤.地面三維激光掃描技術(shù)用于道路平整度檢測(cè)研究[J].北京測(cè)繪，2011（3）：24-27.