三维激光扫描技术在剧场建筑测绘中的应用

三维激光扫描技术在剧场建筑测绘中的应用

慕光

辽宁众云图测绘科技有限公司         辽宁省沈阳市   110000

摘要：随着科学技术的发展，我国的三维激光扫描技术有了很大进展，并在剧场建筑测绘中得到了广泛的应用。通过利用三维激光扫描技术，对构件数据进行采集，对剧场建筑主结构与次结构进行点云处理。结合剧场建筑构件TIN模型与设计模型比对，实现对构件的检测。本文首先分析三维激光扫描技术的原理，其次探讨三维激光扫描技术在剧场建筑测绘中的应用，最后就相关试验进行研究，以供参考。

关键词：三维激光扫描技术；点云数据处理；应用

引言

三维激光扫描技术通过应用建筑物点云技术采集和处理建筑信息，从而得到建筑物的数字化立体特征。采用特定的计算方法，对采集的数字化信息进行三维建模，可以完成城市建筑物的三维实景测绘。三维激光扫描技术的应用大大提高了建筑物测绘的效率，优化了测绘的精准度，为建筑工程行业的发展奠定了基础。

1三维激光扫描技术的原理

三维激光扫描技术作为一项实景复制技术，是国际上近年来发展的一项全自动、高精度、高分辨率的立体扫描高新技术。它通过高速激光扫描测量的方法，大面积快速获取被测对象表面的三维坐标，得到被测物体表面的海量“点云”数据，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。通过建筑空间特征点，实现三维激光点云与相机采集的影像数据之间的转换参数计算，对点云赋色进行偏差纠正。

2三维激光扫描技术在剧场建筑测绘中的应用

2.1技术路线

采用ＲＩＥＧＬＶＺ⁃400ｉ三维激光扫描仪进行建筑测绘的技术路线主要包括现场踏勘、方案设计、三维激光扫描、点云数据处理（拼接、去噪、精简、质量检查）和平立剖面图制作等步骤。由于剧场舞台空间有限，空中吊杆、幕布等设施分布较多，并且四层桁架层未安装防坠网，三维激光扫描过程存在一定的危险因素，需重点对参与人员进行安全知识培训和教育，配备必要的安全措施，保证人员和仪器的安全。

2.2控制测量

进行平面控制测量,可以为绘制历史建筑的总平面图做准备。平面控制测量可以采用多基站网络RTK技术建立的连续运行参考站系统,浙江省连续运行卫星综合服务系统覆盖整个测区,针对建筑区地形特征及采集需求,在历史建筑保护区域合理布设图根控制点,利用该系统直接施测图根控制点。

2.3点云数据的采集

应用激光扫描技术采集建筑物立面的测绘数据。采集前，应确定激光扫描仪的扫描位置，设计科学合理的扫描参数，以提高测绘数据的精准性。根据实际的建筑物特征，确定仪器架设位置，将三维扫描仪布设在该测量位置。扫描前，只有在确定扫描的测距、测角精度、分辨率以及扫描模式等基本参数后，才能进行扫描测绘工作。在同一个位置扫描同一个建筑物，只能获取到建筑物局部的信息特征。因此，需要不断更换扫描位置，重复上述的扫描步骤，完成对城市建筑物立面数据节点的采集。

2.4点云数据处理

点云预处理分为：标靶数据整理、点云数据预处理、点云拼接、点云配准、点云去噪、点云分割6个部分。标靶数据整理是将全站仪观测的现场标靶数据按照点云处理软件要求的格式进行整理，并备注标靶对应的测站序号。点云数据预处理是将外业采集的点云数据导入“ＣｙｃｌｏｎｅＲＥＧＩＳＴＥＲ３６０”软件，对点云拼接参数进行设置，做一次粗拼接。点云拼接是在点云预处理的基础上，针对不同扫描时段或不相邻测站的数据进行手动拼接，达到该区域整体点云拼接完成。点云配准是将整理的标靶数据导入软件，在对应测站扫描的点云中刺该标靶中心位置，并按照标靶数据点号名进行同名标准，刺完所有标靶后进行控制数据应用，实现点云从扫描坐标系到地理坐标系的转换。点云去噪是将点云中的异常点、与关注对象无关的点云进行删除处理。

2.5点云去噪

因扫描仪自身及现场环境（移动物遮挡、高反射物体等）等因素，扫描获取的点云数据不可避免包含一定数量的噪声点，比如物体外的飞点、物体边缘的拉丝状的噪点以及物体表面的粗糙毛刺点等。噪声点会影响被测物体的长、宽、高尺寸和几何特征，影响点云模型的精度，降低获取数据的质量。噪声点可以通过切换不同视角手动进行删除，也可以采用ＲＩＳＣＡＮＰＲＯ软件，在自动选择功能中设置特定的点云偏差（ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）阈值，自动选择并删除超过某阈值的噪声数据，实现噪声点的自动删除。

2.6建筑物立面测绘

建筑物立面测绘是为了反映建筑物室内外地坪高程、层高、层数以及建筑高度。基于分割出的单体建筑点云数据，制作出所需位置的立面光栅图像。为便于后续工作图像数据的区分，将图像文件根据立面方向、位置等信息进行命名。将处理得到的所需位置立面光栅图像后，在ＣＡＤ中将其旋转、摆平到ＸY平面。依据室外地坪基准线摆放到对应高程处，将该基准位置的Y值改为室外地坪的高程值，从而使得图面任意位置的Y值对应该位置的标高。绘制要素包括主体墙外轮廓线、分层结构线、正负零基准线、室外地坪基准线等。

3实验

三维激光扫描技术在市场内的应用日渐成熟，现阶段此项技术已经被应用到各个领域，相比传统的检测手段，此项技术可实现检测的非接触，并可利用其自身极高的采样频率，获取建筑工程现场大量的点云数据，再通过对点云数据的合成、处理、拼接，实现对结构的高精度检测。本文主要利用三维激光扫描技术，对某地区政府投资建设的大型公共建筑项目进行构件检测，通过将此方法检测结果与传统方法检测结果的对比，以证实此次设计的方法在应用中的可行性。本次检验的公共建筑为体育场建筑，以建筑中的一项极限体育运动设施为例设计实验。建筑主体结构是一个呈现空间结构的双曲面赛道，此赛道结构复杂、造型独特，空间形式多变，使用传统的技术手段进行构件的检测，不仅会存在定位困难的问题，还会出现检测结果与平滑曲面不适配的问题。因此，决定使用三维激光扫描技术，对此建筑的支撑构件进行检测。检测步骤如下：提取建筑设计信息，建立主体结构的表面模型；使用三维激光扫描仪器，进行支撑构件所在空间位置的定位，定位后扫描其表面，获取结构的特征点；使用找平系统。对表面数据进行处理，得到表面点云数据集合；将点云数据与设计结构模型进行比对，确保结构适配后，参照模型的等比例计算公式，输出构件外观结构，实现对构件的检测。根据设计图纸内容与实际检测要求，已知该结构的底部支撑结构属于钢结构。在施工前，需要对此构件进行扫描测量，并明确扫描测量结果的精度将直接对工程施工后的质量造成影响。在安装施工前，采用三维激光扫描仪器，在建筑结构安装施工现场进行实地检测，将实地检测结果与设计的支撑构件模型进行匹配与对比检测。此项技术可以实现对检测对象实体结构的逐步描述，为此可按照此种设计方式，对结构支撑位置进行点云数据的提取与建模。

结语

我国的建筑工程朝着智能化和数字化的方向发展，促使建筑施工开始越来越多地应用智能化技术开展项目工程建设，提高了建筑效率，在一定程度上保障了建筑项目的质量。因此，加强三维激光扫描技术的研究，提取精准的建筑物测绘数据，能够为后续的建模、建设工作奠定良好的基础。

参考文献

[1]李杰林，杨承业，胡远，等.无人机三维激光扫描技术在地下采空区探测中的应用研究[J].金属矿山，2020（12）：168-172.

[2]成枢，查天宇，黄小斌，等.移动式三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用[J].测绘地理信息，2021（5）：13-16.

[3]李勇兵，高成明，马盈盈，等.三维激光扫描技术在隧道变形监测及检测中的应用[J].科学技术与工程，2021（12）：5111-5117.