東英測(cè)繪——三維激光掃描儀在建筑物立面中的測(cè)量運(yùn)用

一、概述

1、原理

三維激光掃描儀主要是由一部快速準(zhǔn)確的激光測(cè)距儀以及一組可導(dǎo)引激光以等速度掃描的反光棱鏡,和高清晰攝像機(jī)組成的。激光測(cè)距儀采用的是脈沖式測(cè)量方式，能夠主動(dòng)發(fā)射激光同時(shí)接受來自自然物體的反射信號(hào)然后進(jìn)行測(cè)距,針對(duì)每一個(gè)掃描點(diǎn)可測(cè)得測(cè)站至掃描點(diǎn)的斜距，配合掃描的水平角和豎直角，能夠求得每一掃描點(diǎn)與測(cè)站點(diǎn)之間的坐標(biāo)差，如果測(cè)站點(diǎn)和一個(gè)定向點(diǎn)的坐標(biāo)為已知值，則可以求的每一掃描點(diǎn)的3 維坐標(biāo)。計(jì)算公式為：

X=Scosθcosa      Y=Scosθsina      Z=Ssinθ

現(xiàn)目前激光掃描速度瞬間就可以產(chǎn)生大量觀測(cè)數(shù)據(jù)，然后成為點(diǎn)云數(shù)據(jù)，提供了大量的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)數(shù)組。三維激光成像掃描儀是一種非接觸式主動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，它能夠進(jìn)行大面積高密度空間三維數(shù)據(jù)的采集。與景攝影測(cè)量相比較，具有點(diǎn)位測(cè)量精度高，采集空間點(diǎn)的密度大、速度快，不需要控制點(diǎn)就能夠建立建筑物模型等特點(diǎn)。由于激光掃描儀主動(dòng)式光源進(jìn)行測(cè)量，可以在無光照情況中進(jìn)行觀測(cè)，這給高大建筑物以及隧道內(nèi)掃描觀測(cè)提供了很大的方便。并且三維激光掃描儀能夠同時(shí)接受反射的激光和可見光，我們可以將可見光的強(qiáng)度以及色彩賦貼在3維坐標(biāo)點(diǎn)上面，形成三維影像(3D Imag)因此點(diǎn)云數(shù)據(jù)不僅包含了有限體表面上離散點(diǎn)的空間坐標(biāo)，同時(shí)還包含了某些物理參量。點(diǎn)的表示形式為(X，Y，Z,，R，G，B，intensity（灰度）)，不僅包含了點(diǎn)的空間位置關(guān)系，還包括點(diǎn)的強(qiáng)度信息和顏色灰度信息。

2、優(yōu)勢(shì)

（1）自動(dòng)采集數(shù)據(jù)

三維激光掃描技術(shù)采用的是非接觸掃描目標(biāo)的方式進(jìn)行測(cè)量，不需要反射棱鏡，對(duì)掃描目標(biāo)物體不需要進(jìn)行任何表面的處理就能夠直接采集物體表面的三維數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)完全真實(shí)可靠。可以用于解決危險(xiǎn)目標(biāo)、環(huán)境(或柔性目標(biāo))及人員難以企及的情況,具有傳統(tǒng)測(cè)量方式難以完成的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

（2）無需草圖連線

由于外業(yè)測(cè)繪可以全方位測(cè)量，其外業(yè)數(shù)據(jù)比較的全，所以也無需繪制草圖，只需要在內(nèi)業(yè)進(jìn)行綜合取舍，完成制圖任務(wù)。對(duì)于不滿足設(shè)計(jì)方要求的綜合取舍可以根據(jù)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，不必再去現(xiàn)場(chǎng)。

（3）不受環(huán)境以及時(shí)間的約束

三維激光掃描技術(shù)采用的是主動(dòng)發(fā)射掃描光源(激光)，通過探測(cè)自身發(fā)射的激光回波信號(hào)來獲取目標(biāo)物體的數(shù)據(jù)信息，因此在掃描的過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)不受掃描環(huán)境的時(shí)間以及空間的約束。

（4）高分辨率、高精度

三維激光掃描技術(shù)能夠快速、高精度獲取海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，能夠?qū)呙枘繕?biāo)進(jìn)行高密度的三維數(shù)據(jù)采集，從而達(dá)到高分辨率實(shí)景復(fù)制的目的，從而減少漏測(cè)少測(cè)的情況發(fā)生。

二、傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)缺陷以及三維激光的優(yōu)勢(shì)

1、測(cè)量精度差

建筑物樣式多樣，高低、大小也不同，用傳統(tǒng)方式進(jìn)行測(cè)量一般是皮尺配合著全站儀來進(jìn)行實(shí)施，在進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候難免會(huì)有誤差的存在。在對(duì)不規(guī)則建筑物進(jìn)行測(cè)量時(shí)更加復(fù)雜，而掃描儀可以把建筑物形體以點(diǎn)云的形式表現(xiàn)出來，并且點(diǎn)云也是真彩色，密度高達(dá)到1mm，這樣在點(diǎn)云上直接勾線畫圖，在描述不規(guī)則建筑時(shí)更加精準(zhǔn)。

（2）測(cè)量速度慢

傳統(tǒng)的測(cè)量方式，比如全站儀測(cè)量，單個(gè)建筑測(cè)量儀器至少需要架設(shè)2個(gè)站點(diǎn)，稍微復(fù)雜的建筑甚至要架設(shè)8個(gè)站或是更多。傳統(tǒng)方式是進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)量，想要完整的描述一個(gè)立面，就需要很多個(gè)特征點(diǎn)，這些點(diǎn)需要一個(gè)一個(gè)去測(cè)量，在建筑層數(shù)比較高的情況下，特征點(diǎn)找區(qū)也會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。而掃描儀掃描一個(gè)建筑只需架設(shè)2站就行了，每站掃描時(shí)間在30秒之內(nèi)，每一個(gè)建筑立面可獲取500萬個(gè)點(diǎn)以上。

（3）內(nèi)業(yè)處理繁瑣

傳統(tǒng)的測(cè)量方式盲區(qū)比較大，因?yàn)槿緝x在測(cè)量高層建筑的時(shí)候會(huì)擺放棱鏡以及激光找點(diǎn)相對(duì)來說比較費(fèi)事，很多點(diǎn)都是依靠手工來補(bǔ)充的。全站儀測(cè)回的點(diǎn)在進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理時(shí)也不容易分清，很容易出現(xiàn)重測(cè)的情況。而掃描儀把建筑立面所有點(diǎn)都采集回來，直接在點(diǎn)上勾線，這樣更易于出圖。

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