烏魯木齊華測(cè)友邦商貿(mào)有限公司
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一、概述
在城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)中,為了使臨街建筑與街道的景觀協(xié)調(diào)起來,往往需要對(duì)舊有建筑的立面進(jìn)行整治。因此2020年國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布了關(guān)于全面推進(jìn)城鎮(zhèn)老舊小區(qū)改造工作的指導(dǎo)意見,包含老舊小區(qū)改造范圍、改造內(nèi)容等多項(xiàng)改造指導(dǎo)。
改造或者擴(kuò)建要求作業(yè)人員測(cè)繪出建筑物的立面圖紙,目前常見的測(cè)繪設(shè)備及軟件都是基于平面圖測(cè)繪而開發(fā)出來的,無法直接用于立面圖測(cè)繪。
當(dāng)下,激光技術(shù),以其單一性和高聚積度成為繼GPS空間定位系統(tǒng)之后又一項(xiàng)新的測(cè)繪技術(shù),它推動(dòng)了三維空間數(shù)據(jù)獲取向著集成化、實(shí)時(shí)化、動(dòng)態(tài)化、數(shù)字化和智能化的方向發(fā)展。通過高速激光掃描測(cè)量的方法,可以快速、大量的采集空間點(diǎn)位信息,為快速建立物體的三維影像模型提供了全新的技術(shù)手段。近些年文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域已引入了三維激光掃描技術(shù),這對(duì)文化遺產(chǎn)的保護(hù)與展示產(chǎn)生了重要的社會(huì)文化意義。
將激光技術(shù)運(yùn)用到老舊小區(qū)改造前測(cè)繪建筑物立面圖紙的工作中,能無接觸掃描、快速獲取老舊小區(qū)外立面的密集點(diǎn)云和影像,為建筑物立面測(cè)量提供了一種更新、更快、更便捷的測(cè)量作業(yè)模式,能夠更高效、更安全、更經(jīng)濟(jì)完成測(cè)繪掃描工作,同時(shí)積極響應(yīng)國(guó)家老舊小區(qū)改造政策。
全面推進(jìn)城鎮(zhèn)老舊小區(qū)改造工作的指導(dǎo)意見
三維激光掃描儀掃描建筑物
二、SLAM三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)三維激光掃描儀的區(qū)別
當(dāng)下,現(xiàn)有的地面移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)通常是基于車載的移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的,但目前地面移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)均需要依賴于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng),只能用于室外環(huán)境。然而,室內(nèi)和地下空間等環(huán)境中沒有GNSS信號(hào),所以傳統(tǒng)的移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)無法正常工作。固定式激光掃描可以用于室內(nèi)室外的環(huán)境,但是復(fù)雜場(chǎng)景需要大量換站,并進(jìn)行點(diǎn)云拼接,數(shù)據(jù)獲取的效率十分低下。然而,即時(shí)定位與地圖構(gòu)建(SLAM)技術(shù)在移動(dòng)測(cè)繪方面具有較好的應(yīng)用,不依托GNSS信號(hào),能夠?qū)κ覂?nèi)和室外的地面水平環(huán)境進(jìn)行地圖構(gòu)建和環(huán)境建模。因此,SLAM技術(shù)在測(cè)繪領(lǐng)域中的應(yīng)用降低了測(cè)量復(fù)雜性,不需要大量標(biāo)記地物點(diǎn),不需要GPS信號(hào),適用于在室內(nèi)室外場(chǎng)景,對(duì)于解決傳統(tǒng)測(cè)繪中的定位及場(chǎng)景重建問題具有廣闊的前景。
傳統(tǒng)測(cè)量方法:
通過皮尺、測(cè)距儀及全站儀等工具對(duì)具有施測(cè)條件的建筑物外立面的長(zhǎng)、寬、高等尺寸進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,但老舊小區(qū)門窗、陽(yáng)臺(tái)、雨篷等附屬設(shè)施多而密集,利用傳統(tǒng)的測(cè)量方式需要投入大量人員進(jìn)行外業(yè)測(cè)量,且無法保證細(xì)部的完整性和精度,工作量大、局限性大、作業(yè)效率低,內(nèi)業(yè)成圖工作較為繁重且易出錯(cuò),特別是對(duì)于樓層較高的建筑物,采用傳統(tǒng)方式采集立面數(shù)據(jù)比較困難。
三維激光掃描儀:
通過三維激光掃描技術(shù)對(duì)建筑物進(jìn)行無接觸掃描,能快速獲取建筑物外立面的密集點(diǎn)云和影像,具有采集時(shí)間短、精度高(掃描精度達(dá)到毫米級(jí))、自主性強(qiáng)、智能化等特點(diǎn),為建筑物立面測(cè)量提供了一種更新、更快、更便捷的測(cè)量作業(yè)模式。而三維激光掃描儀的種類繁多,面對(duì)不同的環(huán)境狀況,不同的測(cè)繪需求及規(guī)范,合理的選擇三維激光掃描儀才能更加高效,便捷的應(yīng)用于項(xiàng)目生產(chǎn)。
由于SLAM技術(shù)無需GNSS信號(hào),對(duì)工作環(huán)境又有極強(qiáng)的適應(yīng)性,基于SLAM技術(shù)的移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)在多個(gè)測(cè)繪領(lǐng)域發(fā)揮作用,具體表現(xiàn)為:
◆外業(yè)數(shù)據(jù)采集速度極快,可快速獲得所需點(diǎn)云數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)精度高。
◆內(nèi)業(yè)點(diǎn)云預(yù)處理時(shí)間短,自動(dòng)化程度高,無需人工干預(yù),短時(shí)間內(nèi)獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
◆操作簡(jiǎn)單易學(xué),無需換站,連續(xù)采集,具有連貫性,可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外一體化掃描作業(yè)。
◆SLAM技術(shù)的測(cè)繪移動(dòng)測(cè)量掃描儀在任意環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間工作故障率低,對(duì)于精度要求較高的重點(diǎn)區(qū)域,可與固定測(cè)站式三維激光系統(tǒng)配合使用,既能保證精度,又能保證效率。
三、基于GeoSLAM ZEB HORIZON移動(dòng)三維激光掃描儀立面測(cè)量的技術(shù)路線
GeoSLAM ZEB HORIZON三維激光掃描數(shù)據(jù)采集
GeoSLAM ZEB HORIZON三維激光掃描儀操作簡(jiǎn)便,掃描速度快,精度可達(dá)到厘米級(jí)。根據(jù)建筑分布及地形走勢(shì)規(guī)劃掃描線路,主要滿足外墻、窗戶、細(xì)部掃描的精度和完整度要求。此外,針對(duì)帶狀較長(zhǎng)街道書記采集,我們將嚴(yán)格按照分段測(cè)量,每200米-300米分段掃描,有助于控制整體掃描精度,防止帶狀掃描距離過長(zhǎng)累計(jì)誤差較大。
同步影像采集
為更好輔助內(nèi)業(yè)立面制圖的需要,GeoSLAM ZEB HORIZON三維激光掃描儀還標(biāo)配有ZEB CAM動(dòng)態(tài)相機(jī),可在移動(dòng)掃描的過程中對(duì)建筑各立面以及室內(nèi)外進(jìn)行了影像采集。
現(xiàn)場(chǎng)掃描
構(gòu)建建筑點(diǎn)云模型
建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜,空間層次多,在使用GeoSLAM ZEB HORIZON三維激光掃描儀時(shí),需分區(qū)域(如:分室內(nèi)室外掃描;分樓層掃描;分區(qū)塊掃描等)。最終將不同分區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接,形成完整的三維點(diǎn)云模型。
在進(jìn)行配準(zhǔn)之前,首先要進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理,因?yàn)樵趻呙栉矬w時(shí),由于遮擋等原因的影響,采集的數(shù)據(jù)不止是我們需要的數(shù)據(jù),其中還包括很多我們不感興趣的數(shù)據(jù),例如:物體周圍的花草樹木、車流、人群等,這樣就必須在配準(zhǔn)之前要利用數(shù)據(jù)的預(yù)處理把我們感興趣的數(shù)據(jù)提取出來,預(yù)處理的方法很多:可以利用激光強(qiáng)度把同一類物體同時(shí)選中后刪除、人工選取等方法。
建筑點(diǎn)云與建筑立面成果套合圖
基于點(diǎn)云的平立剖面圖制作
由于點(diǎn)云數(shù)據(jù)是最真實(shí)和完整的數(shù)據(jù)信息,所以直接從點(diǎn)云數(shù)據(jù)上采集信息是最準(zhǔn)確的,通過軟件把點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的建筑坐標(biāo)系,通過軟件在每個(gè)層次進(jìn)行點(diǎn)云剖切,就可以制作出點(diǎn)云平立剖面圖。
基于點(diǎn)云的立面圖繪制
將基于點(diǎn)云生成的平立剖面圖導(dǎo)入CAD/Microstation等軟件平臺(tái),可快速進(jìn)行矢量圖繪制;也可將拼接完整的三維點(diǎn)云模型導(dǎo)入CAD/Microstation/EPS等軟件平臺(tái),通過點(diǎn)云切割,截面等方式進(jìn)行立面矢量圖繪制。
成果提交
四、基于GeoSLAM ZEB HORIZON移動(dòng)三維激光掃描儀立面測(cè)量的項(xiàng)目實(shí)施
廣東省汕頭市老城區(qū)改造風(fēng)貌提升項(xiàng)目中我司為該項(xiàng)目提供三維掃描服務(wù),2名外業(yè)數(shù)據(jù)掃描人員,共掃描用時(shí)6天,共采集有效立面面積約110萬㎡。經(jīng)過全站儀與皮尺測(cè)量精度均在精度要求范圍內(nèi)。
建筑原始點(diǎn)云效果圖(彩色反射強(qiáng)度)
采集過程可以使用掃描儀內(nèi)置相機(jī)獲取色彩,由于工期太緊我們使用了反射強(qiáng)度畫圖。
建筑立面成果效果圖
建筑點(diǎn)云與建筑立面成果套合圖
曲面類型立面圖展開:
在一些特定建筑物表現(xiàn)為弧形或者圓弧形,這種建筑在平面表示上非常困難,傳統(tǒng)立面圖繪制中點(diǎn)云正攝畫圖無法滿足要求,只有把圖展開才能正確表現(xiàn)尺寸長(zhǎng)度與統(tǒng)計(jì)面積。
現(xiàn)場(chǎng)圖片
原始有弧度的點(diǎn)云
展開后的圖像,更便于繪圖
展開后繪制的立面圖
片區(qū)立面圖繪制
最終成果提交
最終成果提交
五、總結(jié)
GeoSLAM ZEB HORIZON移動(dòng)式三維激光掃描技術(shù)是一種先進(jìn)的全自動(dòng)高精度的立體掃描技術(shù)。突破了傳統(tǒng)的架站式三維激光掃描技術(shù)及全站儀的單點(diǎn)測(cè)量方法,具有高效率、高精度的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。三維激光掃描能夠提供掃描物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)實(shí)體真實(shí)、完整和精確的三維復(fù)制,為快速獲取建筑物平面圖、立面圖和剖面圖數(shù)據(jù)提供了一種全新的技術(shù)手段。應(yīng)用于舊建筑物改造過程中;三位激光掃描技術(shù)能夠快速、高效、高精度的獲取測(cè)量目標(biāo)的表面三維數(shù)據(jù),進(jìn)而快速、高效的獲取舊建筑物的高精度平面、立面、剖面圖,為舊建筑物改造設(shè)計(jì)、工程量計(jì)算、造價(jià)等提供基礎(chǔ)。
秦黎東18599099444