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， 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行快速參照建模，便捷快速。

1、掃描作業(yè)前的準備

第一步 數(shù)據(jù)獲取

本次掃描是為實現(xiàn) 9 棟居民樓進行立面圖繪制和建模而進行了，為了達到要求目的，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、精確的進行拼接，并且減少架站點的個數(shù)，我們做了以下安排和準備，

掃描工作至少準備以下：

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的部位，站點之間我們需要至少 2 個控制點，我們這次把標靶擺放在控制點上，標靶正對著掃描儀，這樣在掃描儀精掃標靶的時候掃描到盡可能多的點，降低擬合標靶中心位置的誤差，并且標靶放置在盡量離掃描儀遠的位置，這樣在坐標轉(zhuǎn)換的過程中也把坐標轉(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、標靶中心坐標的獲取

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，所以找到的就是標靶，掃描儀會精細掃描標靶，在這個標靶上會掃描 4000 個測量點，通過這 4000 個點擬合出來標靶的中心，如果標靶是圓形的，則擬合出來標靶圓心。（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)的坐標轉(zhuǎn)換與拼接

把全站儀采集的標靶的數(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靶的坐標導(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)射中心做為坐標原點，起始方向做為X 軸建立自己的坐標系（SOCS），即掃描儀坐標系，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靶的坐標符合到全站儀使用的坐標系中。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系中了。

把掃描儀掃描的坐標系導(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模塊來多點云進行更詳細的拼接，用以提高精度，拼接結(jié)果如下圖所示：

 2-3

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

1. 通過兩站間的共同標靶拼接。

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行展示了。結(jié)果如下圖所示：

3-5

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3-9