摘要：三維激光掃描是測(cè)繪技術(shù)不斷發(fā)展創(chuàng)新衍生的產(chǎn)物，憑借高精度、高效率等優(yōu)勢(shì)，在建筑物立面測(cè)繪中應(yīng)用廣泛。針對(duì)此項(xiàng)技術(shù)在建筑立面測(cè)繪中的應(yīng)用進(jìn)行深入探討。概括技術(shù)在不同背景下的應(yīng)用，介紹技術(shù)優(yōu)勢(shì)及作用，同時(shí)，結(jié)合案例，進(jìn)一步揭示技術(shù)特點(diǎn)，以此提高測(cè)繪質(zhì)量與水平，為相關(guān)從業(yè)人員提供可靠參考。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描技術(shù)建筑物立面測(cè)繪

中圖分類號(hào)：P234.4

Applicationof3DLaserScanningTechnologyinBuildingFacadeSurveyingandMapping

LIUJinfang

PublicAffairsCenterofMatianStreet，GuangmingDistrictofShenzhen，ShenzhenCity，GuangdongProvince，518106China

Abstract：3DLaserScanningisaproductderivedfromthecontinuousdevelopmentandinnovation10f9af401a8ebf94223618a31f034b03ofSurveyingandMappingtechnology.Withadvantagessuchashighprecisionandefficiency，itiswidelyusedinbuildingfacadesurveyingandmapping.Thearticledelvesintotheapplicationofthistechnologyinbuildingfacadesurveyingandmapping.Itsummarizestheapplicationofthistechnologyindifferentbackgrounds，introducesitsadvantagesandeffects.Atthesametime，itfurtherrevealsitscharacteristicsthroughcasestudies，inordertoimprovethequalityandlevelofsurveyingandmapping，andprovidesreliablereferencesforrelevantpractitioners.

118fc863e33c00636f37431bf2a84d95KeyWords：3DLaserScanningtechnology;Buildings;Facadesurveyingandmapping

從城市規(guī)劃角度看，建筑物立面測(cè)繪在其中發(fā)揮了重要的作用，屬于基礎(chǔ)性工作。效率與精準(zhǔn)度是保證城市規(guī)劃合理的先決條件，亦屬于高效管理建筑的有效措施。早期工作模式下，測(cè)繪方法受環(huán)境、效率等多方因素影響，難以滿足工作需求。而隨著三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)優(yōu)勢(shì)及前景被充分體現(xiàn)。該技術(shù)通過(guò)非接觸式手段，開展建筑立面測(cè)繪。因此，研究此項(xiàng)課題，具有十分重要的意義。

1相關(guān)技術(shù)理論

1.1三維激光掃描技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)是一種基于激光原理的測(cè)量方法，在建筑、工程、文物保護(hù)、制造業(yè)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。該技術(shù)通過(guò)激光器發(fā)射脈沖激光束照射到目標(biāo)物體表面，通過(guò)測(cè)量激光的反射時(shí)間或相位差，計(jì)算出每個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息。這些坐標(biāo)可以表示為點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理和配準(zhǔn)，可以生成具有幾何形狀的三維模型。三維激光掃描技術(shù)具有非接觸、快速、精確的特點(diǎn)，能夠在短時(shí)間內(nèi)獲取大量高質(zhì)量的幾何數(shù)據(jù)，為現(xiàn)實(shí)世界的物體和環(huán)境提供了高精度的數(shù)字表示，支持可視化、分析、設(shè)計(jì)等應(yīng)用。通過(guò)三維激光掃描技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜物體的準(zhǔn)確測(cè)量和建模，為相關(guān)行業(yè)提供了更高效、精確和可靠的解決方案。

1.2立面圖測(cè)繪技術(shù)

立面圖測(cè)繪技術(shù)，作為一種專業(yè)且精細(xì)的測(cè)繪手段，旨在通過(guò)詳盡的測(cè)量與繪制，精確獲取建筑物立面的外形、結(jié)構(gòu)及其細(xì)節(jié)信息。這一技術(shù)不僅依賴于先進(jìn)的測(cè)繪儀器和軟件，更結(jié)合了實(shí)地勘測(cè)與大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的精髓。通過(guò)精密的操作與數(shù)據(jù)處理，該技術(shù)能夠絲毫不差地捕捉建筑物立面的各種形態(tài)特征、準(zhǔn)確尺寸以及精細(xì)的比例關(guān)系。

立面圖測(cè)繪技術(shù)所得到的成果，不僅能夠反映建筑物的真實(shí)面貌，更能夠?yàn)榻ㄖO(shè)計(jì)、工程施工以及城市規(guī)劃等領(lǐng)域提供有力的支持。在建筑設(shè)計(jì)中，通過(guò)立面圖測(cè)繪技術(shù)，設(shè)計(jì)師可以更加準(zhǔn)確地了解建筑物的現(xiàn)狀，為后續(xù)的改造或新建項(xiàng)目提供科學(xué)的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2三維激光掃描技術(shù)優(yōu)勢(shì)

最近幾年，伴隨計(jì)算機(jī)、空間技術(shù)等信息化產(chǎn)物高速發(fā)展，測(cè)繪技術(shù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐取得了顯著突破，傳統(tǒng)單點(diǎn)測(cè)量模式發(fā)生變化，攝影測(cè)量、三維激光掃描等成為獲取數(shù)據(jù)的主要方式。早期觀測(cè)數(shù)據(jù)只能圍繞建筑目標(biāo)繪制二維圖紙，而三維激光掃描技術(shù)可以從三維空間出發(fā)獲取信息，包括建筑細(xì)節(jié)與整體結(jié)構(gòu)。測(cè)繪過(guò)程中，三維激光掃描技術(shù)呈現(xiàn)出其他技術(shù)不具備的優(yōu)勢(shì)。

2.1非接觸測(cè)量

傳統(tǒng)測(cè)繪模式下，測(cè)繪人員需要借助某些介質(zhì)對(duì)測(cè)繪目標(biāo)進(jìn)行處理，例如將反射棱鏡安裝在合適位置，通過(guò)棱鏡反射捕獲數(shù)據(jù)。而三維激光掃描即便不與目標(biāo)建筑發(fā)生直接接觸，也能采集目標(biāo)三維信息。

2.2隨時(shí)性

傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中需要注意天氣變化帶來(lái)的影響，稍有不慎就會(huì)直接影響測(cè)繪精度，三維激光掃描主要借助儀器發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行測(cè)繪作業(yè)，這意味著技術(shù)可以隔絕天氣因素帶來(lái)的干擾，可以隨時(shí)隨地進(jìn)行測(cè)繪作業(yè)，保證數(shù)據(jù)時(shí)效性。

2.3高效，細(xì)致

但從數(shù)據(jù)捕獲速度來(lái)看，三維激光掃描技術(shù)數(shù)據(jù)獲取速度更快，且所獲內(nèi)容更加詳細(xì)，對(duì)建筑細(xì)節(jié)表述更為完整。

2.4直接生成三維空間結(jié)果

三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用過(guò)后捕獲的點(diǎn)云數(shù)據(jù)包括目標(biāo)建筑三維坐標(biāo)、反射率等信息，技術(shù)會(huì)以簡(jiǎn)單直觀的方式將數(shù)據(jù)展現(xiàn)在用戶面前。用戶可基于技術(shù)反饋結(jié)果自行進(jìn)行云計(jì)算，分析過(guò)后進(jìn)一步掌握所需信息內(nèi)容，如距離、方位等。

2.5協(xié)同使用提高數(shù)據(jù)捕獲速率

GPS系統(tǒng)運(yùn)行階段可以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)定位儀器位置變化，解決定位精準(zhǔn)度不足帶來(lái)的問(wèn)題。數(shù)碼相機(jī)可以獲取分辨率更高的目標(biāo)影像資料，從紋理分布、色彩等角度對(duì)模型進(jìn)行填充[1]。

2.6通過(guò)自動(dòng)化方式進(jìn)行輔助整平

三維激光掃描設(shè)備自動(dòng)化水平突出，運(yùn)用之后可以控制各監(jiān)測(cè)站整平時(shí)長(zhǎng)，控制外業(yè)作業(yè)階段耗時(shí)。

3激光掃描技術(shù)在建筑立面測(cè)繪中的應(yīng)用

3.1數(shù)據(jù)采集

3.1.1點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集

利用三維掃描技術(shù)進(jìn)行作業(yè)之前，工作人員要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面勘察，以測(cè)繪目標(biāo)為中心繪制立面圖，按照工作要求設(shè)計(jì)掃描路線，統(tǒng)籌分配掃描點(diǎn)位。外業(yè)工作階段結(jié)合最佳掃描距離與點(diǎn)位靈活運(yùn)用掃描方法，一般情況下，數(shù)據(jù)收集站點(diǎn)常設(shè)置在街道中心，如此可以高效獲取建筑正面云數(shù)據(jù)。面對(duì)高層建筑時(shí)，可以不同梯度作為入手點(diǎn)，逐步提高掃描高度，使采集數(shù)據(jù)更為完整。

3.1.2紋理數(shù)據(jù)的獲取

操控?cái)z影設(shè)備收集目標(biāo)紋理數(shù)據(jù)。分SOE6YcgE29Wyq8ZmwOLv27cy0EJPekQcIZ2BxabeM6I=析建筑應(yīng)用需求，合理搭配角度、分辨率不一的影像資料。外業(yè)攝影階段，通過(guò)正直攝影技術(shù)采集數(shù)據(jù)資料，換言之，即鏡頭和建筑外立面保持相對(duì)平行狀態(tài)，攝影之前對(duì)環(huán)境進(jìn)行勘測(cè)，根據(jù)勘測(cè)結(jié)果設(shè)計(jì)方案，連續(xù)性拍攝建筑外立面，控制相鄰建筑之間聯(lián)系，確保建筑銜接部分影像清晰可見。

3.2彩色點(diǎn)云瀏覽

相比于其他測(cè)繪技術(shù)，點(diǎn)云全景瀏覽是三維激光掃描技術(shù)最大優(yōu)勢(shì)，可以帶給管理人員沉浸式體驗(yàn)。這是測(cè)繪技術(shù)不斷發(fā)展創(chuàng)新取得的突破，利用直觀、細(xì)致的方式展示建筑結(jié)構(gòu)詳情，捕獲細(xì)微變化。這種瀏覽方式不僅是觀察建筑立面表面的方式，更能深入探索建筑結(jié)構(gòu)，了解環(huán)境分布。無(wú)論是建筑局部格局，還是材料質(zhì)感，都能細(xì)致入微地展現(xiàn)在管理者面前。使管理者對(duì)建筑全貌有更清楚的了解，為管理決策制定與方案設(shè)計(jì)提供支持。由此可見，點(diǎn)云全景瀏覽為建筑管理發(fā)展提供了新的方向[2]。

3.3點(diǎn)云去噪

噪聲點(diǎn)是建筑立面測(cè)繪常見干擾因素，不僅影響模型成型，還會(huì)降低數(shù)據(jù)處理速度，為減少噪聲造成的損失，需要采取針對(duì)性手段完成點(diǎn)云降噪，確保成型順利同時(shí)提高結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)度。噪聲點(diǎn)與行人、電力線分布、空間、大氣流動(dòng)等多方面因素有關(guān)，一般情況下主要通過(guò)下述方式進(jìn)行去噪處理。

規(guī)模龐大且可以通過(guò)肉眼觀察方式捕獲的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可通過(guò)交互軟件進(jìn)行處理，操作過(guò)程中先框選去除對(duì)象，之后將其徹底刪除。面對(duì)大氣流動(dòng)帶動(dòng)的灰塵顆粒，可通過(guò)軟件具備的“采樣”功能將其從模型中清除。除上述兩者外，剩余噪聲具有離群特點(diǎn)，分布不均并且與建筑之間距離過(guò)近，如果使用手工方式進(jìn)行刪除，既降低操作效率，還使去噪效果大打折扣。這種情況下，可以調(diào)用軟件具備的“去噪”功能，借此完成噪音清除。掃描作業(yè)期間注意對(duì)時(shí)間的把握，盡量避免與上下班高峰期相撞，控制行人、車輛等外在因素對(duì)測(cè)繪的影響，此時(shí)噪聲點(diǎn)多來(lái)自綠化、灰塵顆粒等。將測(cè)量之后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件內(nèi)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)包含噪聲點(diǎn)云，這一因素會(huì)降低云配準(zhǔn)精度，因此可利用軟件進(jìn)行初步去噪。

3.4點(diǎn)云模型生成

經(jīng)過(guò)一系列細(xì)致操作，匯總所有站點(diǎn)捕獲的數(shù)據(jù)，將其納入同一坐標(biāo)體系當(dāng)中。這一環(huán)節(jié)具有十分重要的作用，是保證數(shù)據(jù)精準(zhǔn)與完整的關(guān)鍵，方便后續(xù)數(shù)據(jù)處理。之后，開展點(diǎn)云去噪及平滑處理，這樣可以清楚采集數(shù)據(jù)噪聲，使數(shù)據(jù)更加規(guī)范，提升點(diǎn)云數(shù)據(jù)平整度、清晰度，使其表面更為光滑。如此，能生成精準(zhǔn)度較高的數(shù)據(jù)模型。這一模型真實(shí)度較高，數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確、可靠，可以清楚反映出建筑基本形態(tài)、結(jié)構(gòu)分布及其中細(xì)節(jié)，利于之后設(shè)計(jì)應(yīng)用。處理過(guò)后，原始數(shù)據(jù)徹底轉(zhuǎn)化為構(gòu)建高精度云模型的組成，充分體現(xiàn)三維激光掃描技術(shù)高效處理能力。

3.5基于正射影像的立面圖繪制

對(duì)建筑立面測(cè)繪而言，立面圖繪制是其中最為重要的環(huán)節(jié)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，即針對(duì)建筑立面進(jìn)行投影處理，獲取精準(zhǔn)的立面數(shù)據(jù)信息。這一階段既要選擇合適的技術(shù)手段，還要加強(qiáng)對(duì)投影細(xì)節(jié)的把握，使立面數(shù)據(jù)與投影數(shù)據(jù)保持一致，避免投影階段出現(xiàn)畸變，這是立面圖繪制核心。

通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制，可以提高繪制效率，保證立面圖精準(zhǔn)度?？偟膩?lái)講，可以采取如下措施。一是通過(guò)三維環(huán)境實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取，如此可直接生成與建筑對(duì)應(yīng)的三維立面圖，這種方式最大的優(yōu)勢(shì)是操作便捷，且繪圖具有立體感。二是通過(guò)平面維度對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行投影處理，之后基于二維環(huán)境完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)描繪，由此得到立面圖。和前者相比，這種方式過(guò)于簡(jiǎn)化，但在特殊情況下卻體現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

操作過(guò)程中需要注意，考慮到點(diǎn)云之間存在一定孔隙，繪圖過(guò)程中可能出現(xiàn)點(diǎn)云相互重疊的情況，影響視覺(jué)效果。對(duì)此，投影之前，需要通過(guò)消隱措施對(duì)與立面相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)云進(jìn)行處理，之后繪制正射影像。這一環(huán)節(jié)雖然操作難度較低，但可以提升立面圖分辨率，使影像內(nèi)容更為清晰，方便后續(xù)測(cè)量作業(yè)與數(shù)據(jù)分析等環(huán)節(jié)進(jìn)行[3]。

4案例分析

4.1建筑背景

某城市擁有大片古建筑群，這不僅是重要?dú)v史文化傳承，也是當(dāng)?shù)刂匾包c(diǎn)。然則，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展，建筑群立面出現(xiàn)不同程度質(zhì)量問(wèn)題。為此修復(fù)古建筑，有關(guān)單位決定針對(duì)建筑群立面進(jìn)行測(cè)繪作業(yè)，為后續(xù)工作提供數(shù)據(jù)支持。

4.2技術(shù)挑戰(zhàn)

早期立面測(cè)繪方法雖然可以滿足工作要求，但流程復(fù)雜，耗時(shí)耗力，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度較低，面對(duì)上述情況很難取得理想成效。因此，急需引入高效且精準(zhǔn)的測(cè)繪技術(shù)[4]。

4.3解決方案與實(shí)施

經(jīng)過(guò)仔細(xì)對(duì)比，決定使用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行立面測(cè)繪作業(yè)。該技術(shù)應(yīng)用后可以高效獲取精準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，方便后續(xù)分析與數(shù)據(jù)處理。具體實(shí)施階段，團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)三維激光掃描儀對(duì)建筑群進(jìn)行全覆蓋掃描，收集里面三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。之后，通過(guò)專業(yè)軟件對(duì)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、平滑，獲取高精度三維模型。最后，從模型中提取核心信息，例如尺寸、結(jié)構(gòu)形態(tài)等，加快建筑群修復(fù)進(jìn)程。

4.4實(shí)施成效

三維激光掃描技術(shù)引入之后，成功獲取與建筑群立面有關(guān)的三維數(shù)據(jù)，為之后的修復(fù)工作提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)以供參考。和傳統(tǒng)測(cè)繪模式相比，該技術(shù)不僅提高了作業(yè)效率，還提高了測(cè)繪質(zhì)量，所獲數(shù)據(jù)更為精準(zhǔn)全面，使建筑群修復(fù)工作順利完成[5]。

5結(jié)語(yǔ)

總而言之，結(jié)合上述分析內(nèi)容可以看出。三維激光掃描技術(shù)引入對(duì)于建筑立面測(cè)繪作業(yè)開展而言具有十分重要的意義，不僅創(chuàng)新了測(cè)繪工作模式，工作質(zhì)量與效率同樣得到提升，更重要的一點(diǎn)是，技術(shù)運(yùn)用為城市規(guī)劃、建筑管理等提供了更為全面的數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，還要加強(qiáng)與其他技術(shù)之間的配合，打造完整且效率更高的測(cè)繪體系。伴隨數(shù)據(jù)創(chuàng)新，成本優(yōu)化控制增強(qiáng)，三維激光掃描技術(shù)在后續(xù)發(fā)展中會(huì)得到更為廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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