【技术】三维激光扫描仪在建筑物立面测量中的整个技术流程
随着现代科学技术的蓬勃发展，三维激光扫描技术被越来越多的用在工厂数字化、变电站数字化等方面。三维扫描技术又称“三维实景复制”技术，可对仪器周围环境进行全方位扫描。通过扫描可以获取周边环境所有的点位信息以及被测物体表面的反射强度和颜色信息，生成三维的彩色点云，即可将周围环境数字化，存储在电脑中。与传统方法相比，它既可以节省外业工作时间，缩短工期，又可以将建筑、管道等信息全部记录下来，方便后期二维出图与三维建模，从而更好的对工厂设施进行管理。
1.1三维激光扫描原理
三维激光扫描仪主要是一部快速准确的激光测距仪加上一组可导引激光以等速度扫描的反光棱镜,加高清晰摄像机组成。激光测距仪采用脉冲式测量，可以主动发射激光同时接受来自自然物体的反射信号进行测距,针对每一扫描点可测得测站至扫描点的斜距,配合扫描的水平角和竖直角,可以求得每一扫描点与测站点之间的坐标差,若测站点和一个定向点的坐标为已知值,则可以求的每一扫描点的3 维坐标。计算公式如下：
X=Scosθcosa
Y=Scosθsina
Z=Ssinθ
目前激光扫描速度瞬间就可以产生大量观测数据数据,成为点云数据,为我们提供大量的三维坐标数据数组。三维激光成像扫描仪是一种非接触式主动测量系统,可进行大面积高密度空间三维数据的采集。与景摄影测量相比,具有点位测量精度高,采集空间点的密度大、速度快,不需要控制点就可以建立建筑物模型等特点。由于激光扫描以主动式光源进行测量,可以在无光照情况中进行观测,这给高大建筑物和隧道内扫描观测提供了方便。并且三维激光扫描仪可以同时接受反射的激光和可见光,可将可见光的强度及色彩赋贴在3 维坐标点上,形成三维影像(3D Imag)因此点云数据不尽包含了有限体表面上离散点的空间坐标，还包含了某些物理参量。点的表示形式为(X，Y，Z,，R，G，B，intensity（灰度）),不仅包含了点的空间位置关系,还包括点的强度信息和颜色灰度信息。
1.2三维激光扫描技术优势
三维激光扫描技术与传统测量技术相比具有如下一些特点：
（1）自动采集数据
三维激光扫描技术采用非接触扫描目标的方式进行测量,无需反射棱镜,对扫描目标物体不需进行任何表面处理,直接采集物体表面的三维数据,所采集的数据完全真实可靠。可以用于解决危险目标、环境(或柔性目标)及人员难以企及的情况,具有传统测量方式难以完成的技术优势。
（2）无需草图连线
由于外业测绘可以全方位测量，其外业数据较全，所以也无需绘制草图，只需在内业进行综合取舍，完成制图任务。对于不满足设计方要求的综合取舍可以根据原始点云数据进行修改，不必再去现场。
（3）不受环境及时间约束
三维激光扫描技术采用主动发射扫描光源(激光),通过探测自身发射的激光回波信号来获取目标物体的数据信息,因此在扫描过程中,可以实现不受扫描环境的时间和空间的约束。
（4）高分辨率、高精度。
三维激光扫描技术可以快速、高精度获取海量点云数据,可以对扫描目标进行高密度的三维数据采集,从而达到高分辨率实景复制的目的，从而减少漏测少测的情况产生。
2.1测量精度差
建筑物样式多样，高低、大小不同，用传统方式测量一般是皮尺配合着全站仪来实施，测量时难免会有误差存在。在对不规则建筑进行测量时更是复杂，而扫描仪可以把建筑物形体已点云的形式表现出来，且点云也是真彩色，的密度可以达到1mm，这样在点云上直接勾线画图，在描述不规则建筑时更为精准。
2.2测量速度慢
传统的测量方式，像全站仪测量，单个建筑测量仪器至少要架设2站，复杂的建筑甚至要架设8站以上。传统方式是单点测量，想完整的描述一个立面，需要很多个特征点，这些点要一个一个去测，建筑层数比较高的情况下，特征点找区也会出现错误。而扫描仪扫描一个建筑只需2站就可以，每站扫描时间在30秒内，每个建筑立面可获取500万个点以上。
2.3内业处理繁琐
传统的方式测量盲区比较大，因为全站仪在测量高层建筑时会摆放棱镜或者激光找点比较费事，很多点都是靠手工来补充。全站仪测回的点在进行内业处理时也不容易分清，很容易出现重测。而扫描仪把建筑立面所有点都采集回来，直接在点上勾线，这样更易于出图。
三维扫描方案概述
1、外业扫描
对于工厂等需要数字化较大的区域，我们采用扫描仪加全站仪的扫描方式。全站仪布设控制点，控制扫描仪累计误差。通过多角度的全方位扫描采集工厂内的建筑、厂房、管道等三维信息。
平面样例图
2、内业预处理
配套软件，可实现点云过滤、匹配颜色、多站自动拼接、项目管理、测距、三维点云展示等应用。后续进行删除噪音点，局部色彩调整，点云分块管理以及点云视频制作等展示效果，针对各种复杂场景数据进行特殊处理。
点云显示界面（按高程渲染）
融合后的彩色点云
手动点云分类（3Dview）
3、内业后处理
点云数据经过去噪和拼接即可导入CAD，进行二维线画图的绘制。
点云数据导入CAD出图
彩色点云效果
点云数据既可以在CAD平台中进行三维建模又可以导入3Dmax进行三维建模、贴图，实现厂区三维数字化。
点云数据导入CAD出图
点云数据导入CAD出图
彩色点云效果
二维线画图的绘制
4、成果输出
由于从点云数据中构造的二维线画图数据都是基于AutoCAD平台进行的，所以导出的数据可以是DXF、DWG等测量通用格式数据，完全可以和之前的数据兼容。同时Pointcloud软件可基于点云数据进行三维建模，可以点云数据做依托，直接对房屋进行三维建模，建模后的成果可存为DXF格式，使用AutoCAD2012以上的版本可以查看修改。
楼房立面正射影像
楼房立面线画图
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来源：众智绘云
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