三维激光扫描技术在建筑测绘中的应用

三维激光扫描技术在建筑测绘中的应用

王超超,梁浩

滨州国投测绘有限公司

摘要：全方位、多角度、无接触的三维激光扫描技术是测绘新技术，可基本满足现代建筑工程质量测量的要求。文章主要围绕当前建筑测绘中三维激光扫描技术的应用展开分析，旨在促进三维激光扫描技术优势进一步提升。

关键词：三维激光扫描技术；建筑测绘；应用

随着测绘专业的不断发展以及各领域科技水平的不断进步，越来越多的新技术、新方法投入到了测绘工作当中，三维扫描技术在测绘工作中的应用现已起步，该技术运用激光测距原理实现测绘点定位，可以在短时间内采集大量测绘点位的距离和角度，实现海量点位坐标采集，具有高效、准确等诸多优势[1-2]。但该技术目前更多应用于地形、地貌、地面设施等平面测绘工作，对于建筑物、构筑物等大体积复杂结构的测绘应用较少，主要由于三维扫描仪纵向位置变化及角度变化难度较大，随着搭载式云台技术的不断进步，该问题得到了有效解决，三维扫描技术的应用范围也随之扩大，被各行业所广泛应用[3-4]。因此，借助三维扫描技术实现建筑测绘，可以很好地发挥其自动化、数字化程度较高，相对于传统的全站仪、水准仪等测绘手段其精度高、效率高、节约人力成本，数据交互性好等诸多优势，运用合理的方法与技术手段，将三维激光扫描技术运用到大体积复杂结构的测绘工作中，将很好地提高测绘工作的质量和效率[5-6]。

1三维激光扫描技术的应用原理和工作优势

1.1应用原理

三维激光扫描技术又称三维实景复制技术，该项技术在实际的应用过程中，主要通过使用激光设备有效实现待测目标区域的实景扫描工作。通过扫描得到图像信息，可以获取扫描测量区域范围内各种环境要素控制点位等，还可以收集测量物体表面的光反射强度以及对应的颜色分布信息，生成空间三维点信息，实现对待测区域的空间环境、建筑结构以及环境情况等全面扫描。三维激光扫描设备的应用，主要包含激光测距仪设备、反光棱镜设备以及全新数码相机等组成部分。激光测距仪设备主要使用脉冲式测量工作原理，可以在工作过程中主动发射相应的激光信号，实时接收来自扫描区域范围内物体产生的反射信号信息，以此可以有效实现远距离水平角和竖直角的精确测量工作。通过所获取的测量数据信息，可以准确计算被扫描点和测量原点之间的坐标差。如果测量站点与同一个定向点的坐标为已知参数，则可以准确计算对应扫描点的空间三维坐标情况[1]。

1.2工作优势

由于三维激光成像扫描仪设备属于一种非接触式的主动测量系统，可以展开大面积高密度的空间三维数据信息收集，数据的收集速率上相对较高。与普通摄影测量工作相比，测量工作点位和精度更高，且采集空间点位密度相对较大，涉及的扫描数据信息和坐标点参数效率更快。激光扫描技术可以有效实现主动式光源，测量工作方式可以实现在无光照的条件下进行观测，因此对高大的建筑体以及隧道内部的扫描工作提供出诸多便利。三维激光扫描设备可以同步接收反射激光以及可见光条件，可以实现将光照强度和物体色彩进行扫描处理形成一种三维坐标体系，形成彩色的三维影像信息。通过三维激光扫描技术的使用，获取的点云数据不但包含建筑体表面所存在的零散点坐标参数，其中还包含色彩参数等，可以进一步提高建筑测绘工作的全面性和直观性，帮助建筑社会工作人员了解更多建筑结构构成的相关信息。

2.三维激光扫描技术在建筑测绘中的应用

2.1建筑规划设计阶段

无论大型建筑还是小型建筑，都要在施工前进行规划设计，三维激光扫描技术在建筑规划前期，可对现场地形地貌、交通线路以及建筑工程周围的建筑以及其他相关细节信息采集，如建筑周边步行广场的平台、建筑的走廊、楼梯的位置、坡道以及入口和出口点、楼层的应急通道和通风设施以及楼层之间的连接等数据。该测量技术可获取更为真实、直观而全面的基础数据，为建筑规划设计提供准确数据依据并创建成1:1真彩色实景的三维点云模型，有利于促进建筑规划设计工作顺利开展。此外，设计的建筑模型还可以匹配到扫描的点云数据中，以判定建筑规划设计是否合理。

2.2建筑工程地基填挖土石方测量

建筑工程基坑土石方测量是建筑工程施工前期十分重要的基础性工作，关系着建筑工程资金的预算以及工程质量安全等问题。当前，有不少造型奇特的大型建筑工程出现，基坑为不规则或较复杂的深基坑，对于这些土石方测算，传统测量工具及技术很难实现测量要求，应用三维激光扫描技术可快速获得基坑扫描的准确数据并通过电脑快速对数据进行处理，较为精准地计算出基坑填挖土石方量等。

2.3钢结构虚拟预安装

目前，大型建筑工程施工呈现出结构复杂、施工难度高等特点，在安装施工前，可先通过三维激光扫描仪对建筑工程中涉及的钢结构进行三维数据扫描，所得数据再通过电脑相关软件进行预安装测试，合格后便可现场开始钢结构安装施工。另外，三维激光扫描技术对建筑工程涉及到钢结构能起到预先检测作用。2.4三维激光扫描技术有效监测建筑施工质量大型建筑施工过程中，三维激光扫描技术作为一种全新的测绘技术手段，可更好地监测建筑施工过程.

2.4.1面数据快速采集

在建筑施工、设备安装以及后期维护的监测过程中，三维激光扫描技术能够在三维激光扫描仪的作用下全面、快速、精准地对各环节的数据进行采集。由于三维激光扫描仪操作简单、轻便易携带、可移动扫描对建筑施工各阶段实现有效监测以及三维数据的准确采集，突破人工监测的局限和数据采集的不完整性。

2.4.2数据快速处理

在实施对建筑施工各阶段数据的采集后，需要通过相关技术软件及时处理数据。由于三维激光扫描仪所采集的是建筑现场空间内所有的三维点云数据，涵盖建筑施工周围一些不相关的数据，必须要通过相关技术及时清除不必要的数据形成完整建筑的三维点云数据，为建筑施工监测提供有力依据。2.4.3数据有效应用数据经过处理后，完整的建筑点云数据要进行电子文档有效存档，然后通过相关数据管理平台，使这些数据达到共享管理和使用的目的。在使用这些数据时，可以通过相关建模软件实现三维建模，还可用新建的数据模型与其他一段时间的数据进行比对，从中确定建筑结构是否存在变形和质量问题。

2.5三维激光技术有效建筑变形检测

大型建筑施工过程中建筑变形检测是不容忽视的一项重要的工作。建筑变形不仅会在施工过程中出现，还会出现在日常维护中。在对建筑进行变形检测时，可利用三维激光扫描技术无接触式对建筑体进行扫描，然后将采集的数据与之前保存的数据进行一一比对，检测墙体面与地面的平整度，在通过这种方法可施工过程中检测建筑墙体面是否达到合格设计要求，日常建筑维护中用来检测建筑墙体是否出现变形。使用三维激光扫描技术对建筑变形进行检测，不会对建筑物造成损伤、检测效率高且结果准确。

2.6建筑竣工质量验收

在建筑竣工交付之前，需要对建筑进行整体质量检测，对检测数据的准确性要求很高，检测过程中需要确保数据准确还不能给建筑结构造成任何损伤而影响建筑质量。因此，要运用全新的检测技术及检测工具，三维激光扫描技术可无接触建筑实现全方位、多角度对整个建筑全面检测及数据的采集，然后通过电脑对数据进行及时处理并与建筑规划设计图纸上的数据进行认真比对，确定两者数据是否吻合或者通过两者数据误差的分析检验建筑施工是否按设计要求进行以及质量是否合格。2.7实现3D建筑模型打印通过三维激光扫描技术对建筑物体进行数据采集后，所得三维数据可结合3D打印技术得到一个还原性1:1的高清建筑模型，使建筑物直观、真实地展示建筑结构效果，建筑模型3D打印制作有利于促进现代建筑设计理念不断创新。

结束语：

综上所述，通过三维扫描技术的有效应用，可以充分实现测绘点定位，并且实现在较短的时间范围内收集大量的测绘点位参数信息，并对测绘距离测量角度等进行实时收集，可以为相关工程设计人员和施工人员提供出更精确的建筑坐标参数，整体的测量工作效率相对较高，可以有效提高工作人员的测绘工作效率，为建筑工程的施工奠定良好的基础。

参考文献

[1]史正军.三维激光扫描技术在建筑立面测绘中的应用[J].北京测绘，2020，34（10）：1388-1391