激光点云数据在异形建筑物竣工测量中的应用

激光点云数据在异形建筑物竣工测量中的应用

随着城市化进程的加快和施工工艺的快速发展，越来越多的异形建筑出现在城市的主要地区，给规划竣工和验收带来了挑战。三维激光扫描技术的出现为异形建筑物的竣工验收测量提供了有效的解决方案，针对技术流程、精度、技术可行性等方面的研究具有实际应用意义。在国内，近年来一些学者对利用三维激光扫描技术完成建筑物竣工测量进行了相关研究，取得了一些成果。孟志义1地面三维激光扫描点云图连云港大剧院位于凌洲东路北、学林路西、科苑路东、金辉路南，占地面积25.7hm依据建筑物外观形状特征，采用全站仪测量，获取的数据量非常少，工作效率低，难以描述外观形状特征。地面三维激光扫描仪可以获取完整的激光点云数据。依据现场周围环境，仪器只能架设在建筑物周围的空旷地面上，周围制高点无法架设仪器，依据研究目的，本实验没有获取顶部的激光点云数据。根据扫描仪功能与现场勘察，设计测量路线，在地面上作临时控制点标记并绘制草图（见图2）。采用全站仪导线方式获取点云数据2激光点云数据的预处理2.1内业数据处理依据异形建筑物的外观形状，结合徕卡C10扫描仪与配套软件的功能，外业作业采用全站仪导线方式，边做控制，边扫描异形建筑物的局部区域，达到覆盖整个外观表面的目的。内业数据处理采用仪器随机带的软件Cyclone，具体操作步骤包括新建数据库与导入数据。软件自动完成数据的拼接，检查异形建筑物的完整性，能够满足应用要求。2.2点云数据的裁切处理在采集激光点云数据过程中，因为是360°全方位扫描，外加震动、粉尘等干扰，会产生多余数据，因此要采用裁切方式进行去噪处理。在Cyclone软件中打开已经完成拼接工作的点云数据，严格贴合扫描物边缘，框选出扫描物，选择删除框选区域外的点云数据。重复上述操作以达到对点云数据去噪的目的。2.3点云密度不统一由于在不同测站进行扫描，扫描物的部分区域会出现多次重叠，导致整个扫描物的点云密度不统一。不仅影响对扫描物的操作，还影响美观，因此需要对点云数据进行抽稀。在Cyclone软件中，针对已经去噪完成的点云数据，考虑到提取横截面的精度，设置点云抽稀间隔为5cm，得到抽稀后的点云图（图3）。3建筑剖面的信息提取使用Cyclone软件可以截取建筑物指定高度的截面，将点云数据导出并附着到CAD中，在CAD中描绘建筑物的截面，然后获得截面面积。3.1窗口节点点云数据收集(1）利用激光点云数据的预处理成果。在Cyclone软件中完成扫描数据的拼接、去噪与抽稀，保证数据质量合格。(2）建筑物指定高度截面获取。框选出想要获取的截面，选中截面，右击鼠标，选择模型，则窗口中出现的模型就是所选取模型。(3）激光点云数据导出。选中所有点云数据，然后导出数据，选择导出文件类型*．pts格式。3.2截面绘制及面积提取(1）将导出来的点云数据附着到CAD中。打开AutodeskReCap软件，设置新建工程的名称及数据保存路径，将导出的点云数据导进去。软件运行结束后，再点击右下角“launchproject”，截面即可显示。打开CAD2015软件，点击点云附着，选择保存的文件，设置参数，点云数据就可以显示。(2）截面绘制及面积提取。在CAD绘图菜单下选择样条曲线拟合，沿着点云边界描绘出边界线，控制好相邻两点间的距离，以保证横截面的精度。描绘完成后删除点云数据，在CAD命令行中输入area，再输入O，鼠标点击边界线获得截面的面积。4数据的统计与分析4.1确定楼外边界在整个连云港大剧院外立面有一层穿孔铝板，在对大剧院进行扫描时，整个外罩数据是完整的。在计算楼层截面积时，把铝板罩子外边界作为楼层边界。依据1层的地坪高及每个楼层之间的高差，确定每个楼层的高程，并获取每层的截面积。将扫描获取的点云数据导入到Cyclone软件中，截出大剧院每个楼层对应的截面，将截面数据导出，并在CAD软件中打开，然后得到音乐厅2楼、3楼、图书馆2～5楼、活动中心剧院2～5楼的截面信息，数据统计如表1所示。4.2截面信息提取通过面积统计表1可知，图书馆截面面积最大的楼层是第4层，文化中心剧院截面面积最大的楼层也是4层，与规划设计图是对应上的。在竣工测量中，建筑物截面信息提取的传统方法是利用全站仪对房屋建筑整体轮廓特点的三维坐标测量，然后再利用内业成图获取截面信息。连云港勘察测绘院有限公司通过这种方法获取了大剧院每个楼层的截面图，选取图书馆2楼截面进行对比。取同一位置不同方式获取的截面（见图4）进行叠加，发现它们的轮廓比较接近，由于所取的截面边界不同，所以它们存在面积上的差异。5获得异形建筑物各楼层横截面形状与面积经过实验研究可知，利用地面三维激光扫描仪可以获取异形建筑物外观完整的激光点云数据，Cyclone与CAD软件结合使用可以获得异形建筑物各楼层的横截面形状与面积，方便与设计图进行对比分析。存在的主要问题有：获取异形建筑物顶部数据困难，内业数据处理主要以手动操作为主，