三維激光掃描儀在建築物立面測量中的應用推廣

1概述

       随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“三維實景複制”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顔色信息，生成三維的彩色點雲，可将周圍環境數字化，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，又可以将建築、管道等信息記錄下來，方便後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(què)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。激光測距儀採(cǎi)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号進行測距,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标差,若測站點和一個定向點的坐标爲已知值,則可以求得每掃描點的3 維坐标。計算公式如下：

X=Scosθcosa

Y=Scosθsina

Z=Ssinθ       

       目前激光掃描速度就可以産生大量觀測數據數據,成爲點雲數據,爲我們提供大量的三維坐标數據數組。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採集。與景攝影測量相比,具有點位測量精度高,採集空間點的密度大、速度快,不需要控制點就可以建立建築物模型等特點。由於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,這給高大建築物和隧道内掃描觀測提供瞭(le)方便。並(bìng)且三維激光掃描儀可以同時接受反射的激光和可見光,可将可見光的強度及色彩賦貼在3 維坐标點上,形成三維影像(3D Imag)因此點雲數據不盡包含瞭(le)有限體表面上離散點的空間坐标，還包含瞭(le)某些物理參量。點的表示形式爲(X，Y，Z,，R，G，B，intensity（灰度）),不僅包含瞭(le)點的空間位置關系,還包括點的強度信息和顔色灰度信息。

1.2三維激光掃(sǎo)描技能優點(diǎn)

        三維激光掃描技能與傳(chuán)統測(cè)量技能相比具有如下一些特點：

（1）自動採集數據

三維激光掃描技能採用非接觸掃描目标的方式進行測量不需反射棱鏡,對掃描目标物體不需進行表面處理,直接採集物體表面的三維數據,所採集的數據真實穩靠。無人機攝影測量告訴你可以用於解決危險目标、環境(或柔性目标)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

        由於(yú)外業測(cè)繪可以測(cè)量，其外業數據較全，所以也不需繪制草圖，隻要在内業進行綜合取舍，完成制圖任務。對於(yú)不達到設計方要求的綜合取舍可以根據原始點雲數據進行修改，不用在去現場。

（3）不受環境及時間約束

三維激光掃描技能採(cǎi)用主動發射掃描光源(激光),通過探測(cè)自身發射的激光回波信号來獲取目标物體的數據信息,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雲數據,可以對掃描目标進行高密度的三維數據採(cǎi)集,從而達到高分辨率實景複制的目的，從而減少漏測(cè)少測(cè)的情況産生。

2 傳(chuán)統測(cè)量技能缺陷及三維激光優點

2.1測量精度差

建築物樣式多樣，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。在對不規則建築進行測量時是複雜，而掃描儀可以把建築物形體已點雲的形式表現出來，且點雲也是真彩色，的密度可以達到1mm，這樣在點雲上直接勾線畫圖，在描述不規則建築
。

2.2測量速度慢

       傳統的測(cè)量方式，像全站儀測(cè)量，單個建築測(cè)量儀器至少要架設2站，複雜的建築甚至要架設8站以上。傳統方式是單點測(cè)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(cè)，建築層(céng)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築隻要2站就可以，每站掃描時間在30秒内，每個建築立面可獲取500萬個點以上。

2.3内業處理繁瑣

傳統的方式測量盲區比較大，因爲全站儀在測量高層建築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内業處理時也不容易分清，很容易出現重測。而掃描儀把建築立面點都採(cǎi)集回來，直接在點上勾線，這樣易於(yú)出圖。

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三維掃描方案概述

1、外業掃描

無人機攝影測量對於(yú)工廠等需要數字化較大的區域，我們採(cǎi)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。通過多角度的掃描採(cǎi)集工廠内的建築、廠房、管道等三維信息。

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