摘要：随着社会的发展与进步，我国的建筑行业的发展也有了很大的改善。旧城改造规模不断扩大，城市街道两侧的建筑外立面整治改造工作不断加速，提升城市品质的要求越来越高。由于很多建筑年代久远或多次改建，设计图纸难以获取，需要通过测绘的方式获得建筑立面图作为建筑改造工程设计及结算的依据。传统的建筑立面测量采用免棱镜全站仪采集建筑特征点坐标，结合皮尺及测距仪量距，需要进行坐标转换，利用ＣＡＳＳ绘图软件成图，外业工作量大，作业效率相对较低。三维激光扫描技术是一项通过非接触式高速激光扫描测量，以阵列式点云的形式获取物体表面三维空间数据的新技术，在工程测量、城乡规划、古建筑保护等领域得到了广泛的应用。将其引入建筑立面测量领域，可以大大的提高测绘效率，获取海量点云数据，且对于建筑细部特征表示的更加完整、精细。 关键词：三维激光扫描技术；建筑外立面；测绘方法
翻转立方体
引言
随着数字城市建筑水平的提高和城市化进程的推进，城市的旧城改造因建筑年久失修及设计图纸缺失，用测绘手段逆向获取建筑立面图纸，通过有选择性地对城市环境的内部功能、建筑、空间等进行必要的调整和改变，可有效避免大拆大建，注重保护历史建筑与历史街区、留存城市文化、延续城市底蕴，达到引导城市发展、提升城市活力、改善城市形象的目的。
1三维激光扫描仪简介
三维激光扫描技术又称“实景复制技术”，特点是完整并高精度地重建扫描实物及快速获得原始测绘数据，激光点云中的每个三维数据都是直接采集目标的真实数据，令后期处理的数据真实可靠;由于突破了传统的单点测量方法，使得单设备高速测量成为可能。三维激光扫描仪相当于一个高速测量的全站仪系统。传统的全站仪测量需要人工寻目标，每次一个目标点。而三维激光扫描仪通过自动控制技术，对被测目标按照事先设置的分辨率进行连续数据采集，对某一点来讲，三维扫描实际上变成一维测距。当扫描过物体表面后会得到大量的扫描点，这些点的集合称为“点云”。城市外立面测量主要针对沿街两侧或者大微动开关
空烟卷房屋各个表立面进行测量。城市外立面图不要求城市建筑数据的绝对坐标，但对城市建筑相对距离要求较高。1)现场踏勘选点首先对被扫描物体以及周围环境进行实地勘察，根据仰角及遮挡情况确定各个扫描位置，并标记为采集点P1，P2，P3……，如果扫描单独建筑物，采用相对坐标采集方法，即设定采集点位P1坐标为(x=100，y=100，z=100)，然后在P2，P3等位置放置标靶，扫描后得到该点坐标并输入，确立各点之间相对位置后即可在P2，P3位置进行扫描。还要考虑到天气情况及电瓶使用时间，降雨及降雪会增加噪点，降低扫描数据质量。将以上要素评估完毕后，即可实施扫描。2)定点采集在具体从某一方向对目标进行扫描时，应从扫描仪视野范围中圈选出被扫描物体，这样做一是减少噪点;二是减少扫描时间，提高效率。点云的密度取决于激光点位间隔，对楼体细节较多的建筑应采用1～2cm激光点位间隔扫描，墙体平滑的部分可采用2cm及以上间隔。还要对扫描区域进行拍照，获取彩和纹理信息，建议采用高像素数码相机手动补拍。由于常规的建筑在结构上具有对称性，门窗结构的尺寸的统一性。因此可对单个建筑细节进行精细扫描。同时相片也作为后期外立面成图的辅助绘图材料以及成图质检材料。
2三维激光扫描技术的建筑外立面测绘方法
2.1扫描测量技术
扫描测量是获取数据质量好坏的关键。布设的基本方案为:(1)单幢低层简单建筑楼体(沿街单面，楼长不超过20m)基本按2站设置，将楼体4等分，在1/4、3/4处各设1站;连排低层具有一定弧度的建筑物，可根据建筑物水平投影在拐点处加测设站。(2)复杂凸凹高层建筑体可根据建筑物细节特征进行局部高、低站及倾斜加密架设，以保证短时间、高密度、完整获取建筑物外观特征的点云为佳。外业数据采集时，主要考虑扫描精度、数据质量和扫描效率，扫描关键在于:(1)采样间隔。采样间隔的设置值取决于建筑立面绘图精度。采样间隔的大小，是反映建筑物细节轮廓真实度的主要指标，也是反映扫描速度快慢的关键。采样间隔小，扫描速度慢，点云数据稠、密度高。一般对小于1∶100的立面图，其采样间隔可取8mm@50m。(2)多次或精细扫描。采用具有多回波技术的扫描仪按一定采样间隔进行2～3次重复扫描，达到点云加密的效果。或对某一特定细部按较小的采样间隔进行高密度扫描，获取高清晰度的点云数据。(3)近距离垂直扫描。尽量要求在扫描最佳半径50m以内(难度较大的，可适当放宽)架设扫描仪，并保证激光垂直入射被测楼体立面，避免倾斜或大倾角扫描，保证在扫描位置处得到最小的激光光斑，减小“点云厚度”和减少测量“飞点”。
2.2外业扫描
以4人为采集小组进行数据采集，其中1人负责用扫描仪进行外业扫描，1人负责建筑外立面摄影，1人负责画草图，1人负责，扫描仪无法采集的附属地物采集工作。前期根据提供的地形图进行现场踏勘选点工作，确定野外测站坐标。保证测站倾角能够覆盖建筑屋顶，同时每一个测站尽可能采集多个建筑地物，提高数据采集效率。测站的选择同时考虑周边树木、车辆、测量距离的要求。根据不同扫描距离及建筑物表面细节情况设置扫描间距。其原则是在保证测量精度的前提下，提高数据采集效率。在扫描仪进行扫描的同时开展外立面摄影工作。测站完成扫描后，检查数据采集情况，对因树木、建筑的遮挡无法采集的地区，采用人工量测方法进行三次补测。每次人工测量的误差小于0．5cm。每天完成任务后，进行扫描数据预处理、相片归类、草图检查工作。在项目中，为保证外业扫描效率，采用双电瓶并联工作模式为三维激光扫描仪持续供电。工作时间避开早晚上下班高峰及中午高温时段，配备具有持续续航能力的笔记本。
2.3点云配准
单相轴流风机 使用TＲW软件的全自动配准功能，一键将所有测站拼接起来。配准时需要选择1个基准测站，基准测站配准过程中保持坐标不变，其他测站会与基准测站寻公共部分，并通
过平移旋转拼接到正确位置，因此基准站必须是水平测站。全自动配准具体过程如下:(1)粗略配准。系统分析每个测站中所有竖直面并进行编号，计算出各个测站之间匹配的唯一解。(2)精化配准。系统分析每个测站中的所有水平面，对配准结果作进一步优化;然后使用迭代最近点法(ICP)使得两个测站的点云数据拥有最大的重叠率，并使得重叠区域有最小的残差值。(3)提取预览点云，预览点云相当于步长为6进行采样。步长采样的原理为:将当前测站的点云数据视为一张以仪器位置点为中心的全景图，每个三维点视为1个不会被重叠的全景像素，当所有像素均被提取时，步长为1，当每6个像素提取1个三维点时，步长为6。使用步长采样可以快速获取轻量化的稀疏点云，并保持现实世界的结构特征，有利于在自动拼接结束时，快速对拼接质量进行检查。
结语
利用三维激光扫描技术获取建筑物完整点云，能够保证立面测量的绘图质量，一套数据即可满足绘图、调绘、质检等多种用途。天宝TX8激光扫描仪在2min内即可获取整个全景视野中的三维信息，同时结合TrimbleＲealWorks等点云处理软件，可以根据建筑立面点云高效制作建筑立面图。精确详细的立面图能够为建筑物的治理、修缮及美化等提供数据
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支持，尤其是在城市建设和历史建筑保护项目中作用更加明显。综上，笔者认为基于三维激光扫描技术的建筑立面测图方案值得在行业内进行推广应用。
参考文献：
［1］张会霞，朱文博．三维激光扫描数据处理理论及应用［M］．北京:电子工业出版社，2012．
［2］李必军，方志祥，任娟．从激光扫描数据中进行建筑物特征提取研究［J］．武汉大学学报(信息科学版)，2003，28(1):65-70．
［3］徐源强，高井祥，王坚．三维激光扫描技术［J］．测绘信息与工程，2010，35(4):5-6．
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