三维激光扫描技术在建筑物保护中的应用.docx

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1、三维激光扫描技术的出现解决了原有测量技术的测量复杂以及原有技术的运行程序繁琐。三维激光扫描技术可以在非接触的情况下就能进行测量，可以全方面的获取数据，通过数据进行三维立体建模。本文介绍了现场数据收集的流程和需要注意的问题，以一个实际的建筑物为例，描述对其实际的测量步骤，通过不同的角度和距离进行测量，将测量的数据汇集成云数据，再将这些云数据通过3DMAX进行三维立体建模，完成了仿古钟楼点云数据的配准、降噪等处理工作和三维建模复原，实现了建模后图形与实际建筑物1:1比例的复原。关键词：三维激光扫描技术建筑立面测绘云数据三维立体建模ABSTRACTTheemergenceofthree-dimens

2、ionallaserscanningtechnologyhassolvedthecomplexmeasurementandcumbersomeoperationproceduresofexistingmeasurementtechnologies.3Dlaserscanningtechnologycanbeusedfornon-contactmeasurement,allowingforcomprehensivedataacquisitionand3Dmodelingthroughdata.Thisarticleintroducestheprocessofon-sitedatacollecti

3、onandtheissuesthatneedtobenoted.Takinganactualbuildingasanexample,itdescribestheactualmeasurementsteps.Differentanglesanddistancesaremeasured,andthemeasureddataiscollectedintoclouddata.Theseclouddataarethen3Dmodeledusing3DMAX,completingtheregistration,noisereduction,and3Dmodelingrestorationofthepoin

4、tclouddataoftheantiqueclocktower,Implementeda1:1ratiorestorationofthemodeledgraphicstotheactualbuilding.Keywords：3Dlaserscanningtechnology;Buildingfacadesurveyingandmapping;Clouddata;3Dmodeling绪论1第一章论文研究的现状及内容31.1 国内外的研究现状31.1.1 国外研究的现状31.1.2 国内的研究现状31.2 研究内容4第二章三维激光扫描技术52.1 三维激光扫描技术简介52.2 三维激光扫描技术的

5、原理和工作原理52.3 三维激光扫描技术的特点6第三章三维激光扫描技术在建筑物保护中的应用实际测量与分析123.1 现场勘测123.2 测量仪器133.3 数据采集133.4 数据采集注意事项143.5 点云数据处理153.6 误差分析16第四章对建筑物模型的构建184.1 建筑物测绘184.2 精度分析184.3 建筑物生成194.4 三维模型建立21结论24参考文献25致谢27绪论建筑物是人类智慧的结晶，是人类智慧的体现，是人类在现实生活中不可或缺的一部分，也是人类在生活中的一种需求，它是人类利用各种技术，按照自然的规律，以及不同的风俗特征，所创造出来的一种环境。很多这样的建筑是我们的祖先

6、祖祖辈辈所建造的他们有着悠久的历史和文化价值。他们年代久远随着时间的推移和社会的发展，在现代城市化的建设中，许多建筑物都被破坏，有自然灾害所导致的同时也有人为所破坏的。随着时代的进步与发展，出现了许多的没有特色的建筑物，摩天大楼以及一些灯红酒绿的建筑物。除此之外还有许多建筑物因为战争所被破坏，例如1860八国联军入侵年火烧圆明园，还有自然灾害所摧毁的，例如2008年汶川大地震中，都江堰二王庙被破坏，建筑大量塌方，仅剩几座建筑物所残留，2011年广州黄浦区英德市英北古城，遭到特大暴雨袭击，暴雨中古城多处房屋毁灭。也有一些是人为的，比如在2002年11月，一名和尚在离开寺庙时，不小心将一根蜡烛吹落

7、，引发了一场大火。寺庙建在崖壁上，火借风势迅速蔓延，最后这座以木质结构为主的悬空寺就这样被付之一炬，引起了世人的惋惜。2014年11月，山西太原伏龙寺发生了一场火灾，这场火灾导致大雄宝殿被焚毁，仅剩一处废墟。2010年在建设厦深高铁过程中厦门市海沧区东孚镇莲花村南山的宝莲宫被强行拆毁2008年汶川大地震摧毁了无数的建筑物，建筑物全部倒塌，震后只留下了一片废墟。通过上面的案例可以看出许多建筑物都被破坏，所以可以看出怎样利用现今先进的技术对历史久远的建筑物进行有效的信息收集和电子保存将其修复与翻新成为了目前城市改造的一大重要难题。时代的进步，不断的发展互联网在各行各业不断渗透与发展带给了人们无限的

8、益处与便捷，同时建筑行业也迎来了互联网信息时代快速发展。在我们进行实际测量工作中，大部分时间我们都是通过全站仪、GNSS等手段从而获得目标点的3D信息，但是，当我们在研究大型复杂的建筑物时，大部分的3D信息都会被用到，如果我们还继续用原有的全站仪、GNSS来进行测量，那么就会需要有很多的周边布置，对于一些难测量地方或者狭小的地方测量更需要去设立小的站点进行测量，需要大量的测工作和工作量，这样就需要大量的时间测量，同时也会产生大量的误差，无法保证测量数据的精确。所以在当今社会快速的发展中一些老旧的技术和仪器被先进的技术所代替，先进的技术代替后，运用互联网技术的加持，一些预算系统的运算，这是现代化

9、建筑的展现。运用先进的技术来进行古建筑物的保护和建筑物的维护与翻新是现当今一个城市快速发展的必然之路。因为城市的建筑是一个城市的外貌是城市的代表，是一个城市展示的窗口，城市的建筑物就是城市里的风景线，古老的建筑物更是一个城市的景区与代表，所以在城市的发展中对建筑物的保护更是必不可少的，同时对一些老建筑的翻新和保护也是必然的。三维数字城市就在其中起到了重要的角色。建筑物测量指测量表面的纹理，地形，顶端等地方的纹理。这些我们可以通过航空拍摄和车载三维机器进行测量，人工通过相机去拍摄网。而这些拍摄方法太费人工,时间和精力与资源。三维激光扫描技术这一先进技术的出现，就很好的解决了这些问题,三维激光扫描

10、技术通过发射激光和接收激光就能快速的得到所需要的数据表面的纹理信息叫通过接收的数据后期处理就能进行三维立体建模。三维激光扫描技术的出现开启了建筑行业新的篇章，为测绘行业翻开了新的一页，三维激光扫描技术能快速的获取三维空间信息以及材料信息，解决了传统测量的不全面与数据丢失，但是还是要考虑各种因素影响，不同材料以及不同的角度测量和距离的远近是否会对其有影响从而影响我们后期对建筑物的测量影响我们对建筑的保护。第一章论文研究的现状及内容1 .x国内外的研究现状1.1.1 国外研究的现状三维激光扫描技术的诞生前夕，因为他的扫描快速，精度准确，实时性高，和非接触性等特点，以及其通过一个单点发射激光进行测量

11、，得到了人们广泛的关注。在国外很多的学术学者与专家对其技术了解，了解三维激光扫描技术的工作原理和其算法、数据分析等各方面进行了深入研究，结合如今社会将三维激光扫描技术应用于考古，小件三维扫描复刻，大型建筑物扫描保护翻新，文物修复，数字化城市虚拟现实等方面。1993年，EChen等首次提出了IBMR技术，此项技术将照片得到的信息直接合成为新视点的图像，但是无法进行三维建模。1999年，美国斯坦福大学、华盛顿大学与意大利政府合作的“数字化米开朗基罗计划”，对著名艺术家米开朗基罗的“大卫”和一些大型的雕塑进行了数字化记录，为建筑物的数据获取，三维立体图形的建模等方面积累了不少的经验。2003年AlI

12、en、Alejandro和Benjaminu】利用地面三维激光扫描技术对圣皮埃尔大教堂进行了全面的三维重建利用地面三维激光扫描技术对圣皮埃尔大教针对三维建模耗时长，利用图像分割技术和特征提取的算法，自动的构建拓扑图，从而减少了三维构建模型的时间。三维激光扫描法,是90年代才兴起的高科技,最早的激光扫描法,是由瑞士OPTON公司，于1968年推出的，世界上最早的一款名为ELTA-14的全站仪。三维激光扫描仪的研制和应用始于1998年。以瑞士彳来卡CYRAX2400为代表。1.L2国内的研究现状国内的发展趋势，国内的研究现状相对于国外比较晚，研究的深度也比国外比较浅。但是在近些年国家相关部门和相关

13、的学术界学者的高度重视与研究，已经将三维激光扫描技术应用与建筑行业同时也应用于建筑物的保护中，为城市的建设添砖加瓦贡献了力量。上海华测股份有限公司研发的无人机3D-LiDAR检测系统，具有质轻、便携、耐久性好、便于空中测量、数据精确、激光穿透力强等优点。上海华测有限公司的技术人员利用三维激光扫描技术对无锡的荡口古镇进行了全面扫描WL进行了三维构建及其纹理贴图。2006年，清华大学研窕所利用三维激光扫描仪扫描了五台山佛光寺东大殿、山西陵川西溪二仙庙1，对照了传统测绘手段对其进行优劣势分析，并利用平面图、剖面图与现状点云进行对比，检测建筑的变形情况，得出量化的残损变形评。综合以上可以发现，在我国，

14、三维激光扫描技术已经在建筑行业中得到了应用，并且得到了很好的反响，但是没有进行深入的具体分析，没有提出自己研究的处理方法，因此，对传统方法进行改进，引入新的技术是一种必然的处理方法。1.2研究内容本论文以一栋建筑为实例，运用3D激光扫描技术，对其进行了表面形貌的测量,并建立了其三维模型，并绘制了相关的图形。其要点是：（1）本文对三维激光扫描器的工作原理，分类，与传统扫描器的对比，以及其适用领域。（2）在不同材质、不同角度、不同距离等条件下，对云图数据进行降噪对比，构建三维模型。（3）对比原来的测量方法，对其进行误差分析，以证实其在施工中的优势。第二章三维激光扫描技术2.1 三维激光扫描技术简介

15、三维激光扫描作为一项新兴的测图技术，在与GPS技术相结合的基础上，使传统的测图方法向更为现代化和便捷的测图方法转变。三维激光扫描技术，也叫真实场景再现技术；本项目拟采用高速激光扫描技术，实现大面积、高分辨率、快速获取目标表面各点（x,y,z）坐标、反射率、（R,G,B）色等信息，为1:1真彩色点云的快速重建提供新的技术途径。三维激光扫描技术是20世纪90年代末激光在多个行业研究的一项重要发现。如今此项三维激光扫描技术已经在古代建筑物修复，建筑物维护上，土木工程，数字化城市和军事方面全面发展。为城市的发展与建设发挥了重要作用，但是在其他行业领域正在尝试（。2.2 三维激光扫描技术的原理和工作原理

16、三维激光扫描技术是是由许多机器和系统组成，它由激光发射器，激光扫描仪，电源，笔记本电脑，和一些相关的软件系统和运算系统所组成，其中最重要的就是激光发射器激光扫描仪器，它是由发射器和接收器，接收装置、时间接收装置、通过马达控制可旋转的滤光镜、控制电路板、CCD相机和软件等构成呵。如图2.1所示。图2.1地面三维扫描系统三维激光扫描装置的工作原理是：通过一个激光发射机，将一个激光脉冲发射到一个被等待被测量的物体上，在激光镭射成功到达物体的外侧表面的时候，会发生漫反射，将带有信息的激光束回传到另外的一个接收仪器上，并将通过仪器发射的时间、接收仪器接收到信号的时间以及发射的时间都记录下来的频率可以算出距离记做S,同时扫描仪会自动记录激光束的水平角度值a、垂直角度值8。