激光點云數(shù)據(jù)在異形建筑物竣工測量中的應(yīng)用

激光點云數(shù)據(jù)在異形建筑物竣工測量中的應(yīng)用

隨著城市化進程的加快和施工工藝的快速發(fā)展，越來越多的異形建筑出現(xiàn)在城市的主要地區(qū)，給規(guī)劃竣工和驗收帶來了挑戰(zhàn)。三維激光掃描技術(shù)的出現(xiàn)為異形建筑物的竣工驗收測量提供了有效的解決方案，針對技術(shù)流程、精度、技術(shù)可行性等方面的研究具有實際應(yīng)用意義。在國內(nèi)，近年來一些學(xué)者對利用三維激光掃描技術(shù)完成建筑物竣工測量進行了相關(guān)研究，取得了一些成果。孟志義1地面三維激光掃描點云圖連云港大劇院位于凌洲東路北、學(xué)林路西、科苑路東、金輝路南，占地面積25.7hm依據(jù)建筑物外觀形狀特征，采用全站儀測量，獲取的數(shù)據(jù)量非常少，工作效率低，難以描述外觀形狀特征。地面三維激光掃描儀可以獲取完整的激光點云數(shù)據(jù)。依據(jù)現(xiàn)場周圍環(huán)境，儀器只能架設(shè)在建筑物周圍的空曠地面上，周圍制高點無法架設(shè)儀器，依據(jù)研究目的，本實驗沒有獲取頂部的激光點云數(shù)據(jù)。根據(jù)掃描儀功能與現(xiàn)場勘察，設(shè)計測量路線，在地面上作臨時控制點標記并繪制草圖（見圖2）。采用全站儀導(dǎo)線方式獲取點云數(shù)據(jù)2激光點云數(shù)據(jù)的預(yù)處理2.1內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理依據(jù)異形建筑物的外觀形狀，結(jié)合徠卡C10掃描儀與配套軟件的功能，外業(yè)作業(yè)采用全站儀導(dǎo)線方式，邊做控制，邊掃描異形建筑物的局部區(qū)域，達到覆蓋整個外觀表面的目的。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理采用儀器隨機帶的軟件Cyclone，具體操作步驟包括新建數(shù)據(jù)庫與導(dǎo)入數(shù)據(jù)。軟件自動完成數(shù)據(jù)的拼接，檢查異形建筑物的完整性，能夠滿足應(yīng)用要求。2.2點云數(shù)據(jù)的裁切處理在采集激光點云數(shù)據(jù)過程中，因為是360°全方位掃描，外加震動、粉塵等干擾，會產(chǎn)生多余數(shù)據(jù)，因此要采用裁切方式進行去噪處理。在Cyclone軟件中打開已經(jīng)完成拼接工作的點云數(shù)據(jù)，嚴格貼合掃描物邊緣，框選出掃描物，選擇刪除框選區(qū)域外的點云數(shù)據(jù)。重復(fù)上述操作以達到對點云數(shù)據(jù)去噪的目的。2.3點云密度不統(tǒng)一由于在不同測站進行掃描，掃描物的部分區(qū)域會出現(xiàn)多次重疊，導(dǎo)致整個掃描物的點云密度不統(tǒng)一。不僅影響對掃描物的操作，還影響美觀，因此需要對點云數(shù)據(jù)進行抽稀。在Cyclone軟件中，針對已經(jīng)去噪完成的點云數(shù)據(jù)，考慮到提取橫截面的精度，設(shè)置點云抽稀間隔為5cm，得到抽稀后的點云圖（圖3）。3建筑剖面的信息提取使用Cyclone軟件可以截取建筑物指定高度的截面，將點云數(shù)據(jù)導(dǎo)出并附著到CAD中，在CAD中描繪建筑物的截面，然后獲得截面面積。3.1窗口節(jié)點點云數(shù)據(jù)收集(1）利用激光點云數(shù)據(jù)的預(yù)處理成果。在Cyclone軟件中完成掃描數(shù)據(jù)的拼接、去噪與抽稀，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量合格。(2）建筑物指定高度截面獲取?？蜻x出想要獲取的截面，選中截面，右擊鼠標，選擇模型，則窗口中出現(xiàn)的模型就是所選取模型。(3）激光點云數(shù)據(jù)導(dǎo)出。選中所有點云數(shù)據(jù)，然后導(dǎo)出數(shù)據(jù)，選擇導(dǎo)出文件類型*．pts格式。3.2截面繪制及面積提取(1）將導(dǎo)出來的點云數(shù)據(jù)附著到CAD中。打開AutodeskReCap軟件，設(shè)置新建工程的名稱及數(shù)據(jù)保存路徑，將導(dǎo)出的點云數(shù)據(jù)導(dǎo)進去。軟件運行結(jié)束后，再點擊右下角“l(fā)aunchproject”，截面即可顯示。打開CAD2015軟件，點擊點云附著，選擇保存的文件，設(shè)置參數(shù)，點云數(shù)據(jù)就可以顯示。(2）截面繪制及面積提取。在CAD繪圖菜單下選擇樣條曲線擬合，沿著點云邊界描繪出邊界線，控制好相鄰兩點間的距離，以保證橫截面的精度。描繪完成后刪除點云數(shù)據(jù)，在CAD命令行中輸入area，再輸入O，鼠標點擊邊界線獲得截面的面積。4數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析4.1確定樓外邊界在整個連云港大劇院外立面有一層穿孔鋁板，在對大劇院進行掃描時，整個外罩數(shù)據(jù)是完整的。在計算樓層截面積時，把鋁板罩子外邊界作為樓層邊界。依據(jù)1層的地坪高及每個樓層之間的高差，確定每個樓層的高程，并獲取每層的截面積。將掃描獲取的點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Cyclone軟件中，截出大劇院每個樓層對應(yīng)的截面，將截面數(shù)據(jù)導(dǎo)出，并在CAD軟件中打開，然后得到音樂廳2樓、3樓、圖書館2～5樓、活動中心劇院2～5樓的截面信息，數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1所示。4.2截面信息提取通過面積統(tǒng)計表1可知，圖書館截面面積最大的樓層是第4層，文化中心劇院截面面積最大的樓層也是4層，與規(guī)劃設(shè)計圖是對應(yīng)上的。在竣工測量中，建筑物截面信息提取的傳統(tǒng)方法是利用全站儀對房屋建筑整體輪廓特點的三維坐標測量，然后再利用內(nèi)業(yè)成圖獲取截面信息。連云港勘察測繪院有限公司通過這種方法獲取了大劇院每個樓層的截面圖，選取圖書館2樓截面進行對比。取同一位置不同方式獲取的截面（見圖4）進行疊加，發(fā)現(xiàn)它們的輪廓比較接近，由于所取的截面邊界不同，所以它們存在面積上的差異。5獲得異形建筑物各樓層橫截面形狀與面積經(jīng)過實驗研究可知，利用地面三維激光掃描儀可以獲取異形建筑物外觀完整的激光點云數(shù)據(jù)，Cyclone與CAD軟件結(jié)合使用可以獲得異形建筑物各樓層的橫截面形狀與面積，方便與設(shè)計圖進行對比分析。存在的主要問題有：獲取異形建筑物頂部數(shù)據(jù)困難，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理主要以手動操作為主，