三維掃描儀對大空間3D測量，建筑建模

項目概況：掃描區(qū)域是長春市陽光世家小區(qū)，實施項目是小區(qū)剛建成竣工，業(yè)主單位希望 通過對整片小區(qū)進(jìn)行快速的測量，從而快速得到小區(qū)內(nèi)建筑建成后的平面圖以及建筑拐點坐標(biāo)， 從而對比設(shè)計之初與建成之后的相對偏差，為后期附屬設(shè)施的建設(shè)和布置提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)參照。并且希望同時獲得小區(qū)內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)模型，從而傳輸?shù)綌?shù)字城市平臺完善更新。

項目特點分析：建筑竣工驗收一般通過常規(guī)儀器便能實現(xiàn)，但僅僅是限于結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜、建筑結(jié)構(gòu)層次簡單的普通建筑。并且如果需要進(jìn)行三維模型的建立，還需要保證各個建筑結(jié)構(gòu)尺寸的逐個測量。而如果采用三維激光掃描儀進(jìn)行掃描的話，不僅能快速得到建筑結(jié)構(gòu)的點云尺寸數(shù)據(jù)，而且能夠?qū)Ⅻc云數(shù)據(jù)直接輸入到常用建筑建模軟件進(jìn)行快速參照建模，便捷快速。

1、掃描作業(yè)前的準(zhǔn)備

第一步 數(shù)據(jù)獲取

本次掃描是為實現(xiàn) 9 棟居民樓進(jìn)行立面圖繪制和建模而進(jìn)行了，為了達(dá)到要求目的，必須順利采集 9 棟房屋的完整點云數(shù)據(jù)，并使得房屋點云能夠有效、精確的進(jìn)行拼接，并且減少架站點的個數(shù)，我們做了以下安排和準(zhǔn)備，

掃描工作至少準(zhǔn)備以下：

1. 掃描儀 1 臺

2. 木質(zhì)三角架 1 個

3. 人員配備 2 人

2、作業(yè)詳細(xì)步驟

根據(jù)測試要求，根據(jù)所提供的控制點個數(shù)和位置，為了更好的在點云上反應(yīng)小區(qū)完整的信息，便于模型的建立，我們根據(jù)后方交會的原理，一共架設(shè)了 22 站，站點（圓圈）和控制點（綠色）的位置分布圖如下。如圖 1-1

 1-1

圖 1-1，紅色原地分別為我們架設(shè)儀器位置，每一站我們都選擇盡可能多的反應(yīng)房屋內(nèi)容或者重點需要表達(dá)的部位，站點之間我們需要至少 2 個控制點，我們這次把標(biāo)靶擺放在控制點上，標(biāo)靶正對著掃描儀，這樣在掃描儀精掃標(biāo)靶的時候掃描到盡可能多的點，降低擬合標(biāo)靶中心位置的誤差，并且標(biāo)靶放置在盡量離掃描儀遠(yuǎn)的位置，這樣在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的過程中也把坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差降低到最小。

掃描到柱子上的 2 個點的平均間隔大概15mm，多站拼接后點的間隔大概在10mm。如下圖

 1-2

這樣 2 個人操作掃描儀，每站作業(yè)時間大概 10 分鐘就能完成。

3、標(biāo)靶中心坐標(biāo)的獲取

掃描儀旋轉(zhuǎn)一周后，我們在 PC 上通過軟件找到掃描點云反射率 90%以上的物體，因為現(xiàn)實中很少有反射率這么高的物體，所以找到的就是標(biāo)靶，掃描儀會精細(xì)掃描標(biāo)靶，在這個標(biāo)靶上會掃描 4000 個測量點，通過這 4000 個點擬合出來標(biāo)靶的中心，如果標(biāo)靶是圓形的，則擬合出來標(biāo)靶圓心。（如圖 1-4）圖中的“+”字中心即為軟件自動擬合出來的標(biāo)靶中心。1-3

 1-4

第二步 數(shù)據(jù)預(yù)處理

1、數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與拼接

把全站儀采集的標(biāo)靶的數(shù)據(jù)導(dǎo)出來，在Excel 里編輯成（ENZ）格式的數(shù)據(jù)，在以.csv 的數(shù)據(jù)格式保存下來。

標(biāo)靶數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件，在軟件的左邊樹狀菜單欄下面有個 選項（GLCS 代表大地坐標(biāo)系統(tǒng)），雙擊打開，里面有個如圖導(dǎo)入特征點數(shù)據(jù)的選項。我們把全站儀測得的標(biāo)靶的坐標(biāo)導(dǎo)入到軟件中。

我們一共掃描了 22 站，每站周圍貼 2 個。掃描儀掃描的時候會以激光發(fā)射中心做為坐標(biāo)原點，起始方向做為X 軸建立自己的坐標(biāo)系（SOCS），即掃描儀坐標(biāo)系，我們掃描的站點是互不關(guān)聯(lián)的，現(xiàn)在我們就是把掃描儀掃描的標(biāo)靶的坐標(biāo)符合到全站儀使用的坐標(biāo)系中。這些特征點符合好了，那么所有的點都轉(zhuǎn)換到全站儀使用的坐標(biāo)系中了。

把掃描儀掃描的坐標(biāo)系導(dǎo)入到軟件以后，使用后視方法，軟件就會自動的解算相關(guān)位置， 等結(jié)算完，坐標(biāo)也轉(zhuǎn)換了。如下圖所示：

 2-1

 2-2 

同樣，我們可以用自動校準(zhǔn)模塊來多點云進(jìn)行更詳細(xì)的拼接，用以提高精度，拼接結(jié)果如下圖所示：

 2-3

22 站都轉(zhuǎn)到了同一坐標(biāo)系下，即 4 站也拼到了一起，如圖 2-3。當(dāng)然拼圖方法還有其他方式，如下：

1. 通過兩站間的共同標(biāo)靶拼接。

2. 通過軟件的GPS 模塊自動拼接。

3. 根據(jù)測量的共同點手動拼接。

4. 導(dǎo)入到第三方軟件進(jìn)行拼接。

 2-4 

2-5 

2、贅余點刪除

我們此次保留下的數(shù)據(jù)如圖 2-6，2-7，2-8.

2-6 

 2-7

 2-8 

1、數(shù)據(jù)的詳細(xì)加工

第三步 數(shù)據(jù)整理和成果展示

利用過濾后的點云進(jìn)行加工，我們將點云導(dǎo)入 CAD 之中，使用相關(guān)控件，直接在點云上對房屋進(jìn)行模型建立。

 3-1

導(dǎo)入CAD 之后，使用pointcloud 控件，能夠直接在點云上建立面片和房屋整體模型。

 3-2

利用CAD 中的KUBIT 插件，根據(jù)導(dǎo)入的樓體點云數(shù)據(jù)，直接建立的白模。

 3-3

利用 3D-MAX 軟件，為建立好的模型貼紋理，使得效果更佳的逼真。操作界面如下圖所示：

 3-4

經(jīng)過整個完整的操作流程之后，附有色彩信息的三維立體模型就可以順利進(jìn)行展示了。結(jié)果如下圖所示：

3-5

 3-6

 3-7

3-8

3-9