摘要：为完成城市的历史文化街区改造和历史建筑划定的工作要求，各住建部门制定了《多种历史建筑划定工作方案》，充分肯定了历史文化街区改造和历史建筑划定工作的重要性。在此项工作中，建筑立面的测绘与存档是重中之重，是原始数据的存储及未来历史建筑维护修缮的重要基础。传统的工作模式为使用全站仪、测距仪、皮尺、相机等设备，人工采集建筑立面关键位置的三维坐标，但已逐渐显得效率低下。本文对基于三维激光扫描的历史建筑测绘应用进行分析，以供参考。 关键词：三维激光扫描；历史建筑；三维建模
引言
三维激光扫描技术主要是利用传统的手持激光测距原理获取目标数据，可用于常规的变形监测、建筑工程测量、地形地籍测绘、古建筑文物保护等多领域，具备无接触合作目标、高精度、高密度、高效率等优点。随着三维激光扫描技术的发展，大量的研究证明，其在城市轨道高精度变形检测、高精度测角和测距等多领域精度试验分析中具有可行性。随着研究分析
的拓展及应用，其技术在建筑立面数据采集中得到广泛的应用，这不仅在建筑立面获取和绘制方面具有良好的效果，还开拓了立面照明设计行业的应用。滤油机滤布
1工作原理
三维激光扫描技术又称为三维激光扫描系统，包括激光测距和激光扫描两个系统，在主机内通过内置反射镜有序快速地旋转，将激光发射器发出的激光点有序地扫过扫描区域，激光点发出后利用经扫描物体的表面返回至仪器之间的空间相位差计算距离，同时控制扫描模块并测量每个激光点的角度，从而计算出激光点在被测物体上的三维坐标，获取被测物体表面的所有三维信息，最终输出完整的三维数据。在地面三维激光扫描测量系统对物体进行扫描后，采集到的物体表面的空间位置信息是以扫描的相对坐标系(坐标原点位于激光束发射处，在主机镜头中心，扫描仪的竖直轴(水平时的天顶方向)为Z轴，扫描仪的水平轴的零方向为X轴，Y轴与X轴、Z轴构成右手坐标系)为基准的。
2基于点云数据的建筑重建
由于建筑较为规整，根据该建筑属于规则型重建的特性，可利用建筑特征信息进行三维模
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型重建。这种建模方法的关键点是将点云数据视为空间位置，得出建筑目标表面的特征线。目前获取特征线的方法具有交叉偏差等缺点，对缺点进行优化后，得出下列特征线获取方法。首先在点云数据中任取数据点构建ＵＣＳ用户坐标系；其次对点云进行切片，得到多层数据，以最快速度提取到建筑特征线；最后利用ＣＡＤ三维建模将特征线进行旋转和拉伸等处理，进而完成建模。建模过程中最重要的步骤就是平面拟合，曲面拟合就是所有点云在自身曲面的特征表达。点云数据曲面拟合的好坏直接影响建筑三维重构的质量，依据曲面的类型进行分割，在相应的函数公式中完成拟合。为提高建筑的重构精度，现分别利用平面拟合以及二次曲面拟合方法进行点云曲面拟合。
3历史建筑扫描项目
3.1点云数据采集
对历史建筑进行数据采集之前，需要对建筑物所在现场进行踏勘，通过踏勘了解整个宗祠的结构，分析空间布局及外部特征，确定控制网及扫描站的布设方式，制定外业数据采集方案。采用徕卡P40三维激光扫描仪，总共布设22个测站，对该历史建筑进行从内到外，从下到上的全面扫描，获取建筑物整体点云数据。布设站点时需要注意以下三点：①尽量
避免扫描盲区，根据测区的地形及建筑物的结构，设定扫描间距在10m左右，点云分辨率为3.1mm@10m。对建筑物的点云数据需要完全采集，避免出现漏采现象，通视困难或在拐角时应适当增加测站，保持能够全面获取建筑物点云数据。②根据建筑物的特点，尽量在满足应用的需求上，合理安排扫描仪测站位置，保证在获得建筑物点云数据的基础上，尽量减少测站数，以减少噪声点及无效数据。③布设站点时需考虑当地交通及人文情况，尽量减少游人及居民带来的干扰。在扫描过程中需要进行标靶布设，为后续点云配准做准备。标靶按类型可分为磁质标靶、球形标靶和纸质标靶。点云数据采集中使用磁质标靶和纸质标靶。标靶的布设应在扫描范围内均匀布置且高低错落。每一扫描站的标靶个数应不少于4个，相邻两扫描站的公共标靶个数应不少于3个，且避免标靶布设在一条直线上。同时采用全站仪和RTK对建筑物进行控制网布设，以将点云数据从相对坐标转换到绝对坐标上。
3.2扫描站布设和参数设置
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扫描站点位主要根据建筑物结构特点及周边环境进行布设。建筑主体及5层以上裙楼轮廓的扫描，主要采用后方交会的方法设站，通过手簿调用图根控制点数据，使用自动锁定技术
照准棱镜，测得两条仪器至控制点的距离，进而交会出测站的空间位置。城际铁路区域呈条带状，内部封闭，由于受轨道、隔离护栏的限制，适合采用测站设立法设站，将仪器对中、整平、定向后，确定测站的空间位置。建筑西南侧的点云数据主要通过自由设站法采集。参数设置主要包括扫描密度和扫描范围的设置，扫描密度越高或扫描范围越大，外业扫描花费的时间就越长，另外，点云数据量越大，内业数据传输及点云处理花费的时间就越长。SX10扫描仪具有超精细、精细、一般和粗略4种扫描密度。验收内业制作的平面图和剖面图时，主要依据两点成线、三点成弧的特性进行制图，点云参数设置粗略即可满足绘图要求。SX10扫描仪提供了4种扫描范围以供选择，分别为矩形、多边形、水平带和全景，可根据每站的视场角和建筑物的结构特点进行选择。外业扫描完成后，在操作手簿上查看现场点云的完整度，查看漏扫的部分并及时进行补测。
3.3点云去噪
点云数据采集的过程中会不可避免地扫描到建筑物以外的非目标点，这些存在的差点和错误点就是噪声点。产生噪声点的主要原因有三点：第一，扫描时仪器的震动及扫描仪的精度等引起的扫描仪本身的系统噪声；第二，扫描物体表面的光滑程度、材质、颜的反射金折网
特性引起的噪声；第三，扫描过程中游人、居民、车辆等遮挡引起的偶然噪声。这些噪声点占用计算机存储空间，影响点云数据质量。为确保数据的有效性，需要对这些噪声数据进行剔除，通常采用人机交互方式进行降噪处理。
3.4建筑平面图的制作
建筑物单体平面图主要在CAD软件上绘制。首先将切片点云数据导出为las格式，然后在AutoR‐cp2016软件上将其转换为rcp格式，最后将转换后的点云数据导入CAD即可。导入前要检查单位尺度与竣工图的单位尺度是否一致，如不一致，应将参数设为一致。为提高成图的准确性，绘制复杂的建筑结构图时可以将建筑设计图纸的每层轮廓线与点云切片叠加起来绘制二维线划图。
结束语
在讲究效率的时代，不仅要求建筑的质量，而且也要求高效性。提出建筑三维激光扫描重建技术方法，该方法首先对点云数据进行预处理；其次利用平面拟合等方式实现建筑的重建，解决了点云拼接效果差、去噪效果差、建筑精度低和重建效率低的问题，为建筑行业添砖加瓦。
参考文献
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