三维激光扫描技术在旧城改造升级中的应用.pdf

86测绘第46 卷第2 期2 0 2 3 年4月三维激光扫描技术在旧城改造升级中的应用石力徐定建张嘉明（重庆市勘测院，重庆40 112 1）摘要】针对旧城改造缺少相关建筑图纸的情况，本文提出了利用三维激光扫描技术对需改造升级的建筑进行数据采集、处理，获取详细点云模型，在AutoCAD平台上绘制建筑平立剖面图和建筑总平面图。实验表明该方法能够很好地展现建筑形态，绘制满足旧城改造升级设计、施工需要的图纸。在建筑物形状及外立面较复杂、建筑楼栋多的情况下，外业采集数据更高效，可视化效果更好，提高了测量精度，提升了作业效率，降低了测绘成本。关键词三维激光扫描技术；点云；AutoCAD；建筑图中图分类号 P258Application of 3D Laser Scanning Technology in the Renovation and文献标识码 BUpgrading of Old CitiesSHI Li XU Ding-jian ZHANG Jia-ming文章编号】16 7 4-50 19（2 0 2 3）0 2-0 0 8 6-0 41引言随着经济和城市的发展，大拆大建造成不同程度的资源浪费，无序的建设更会影响城市历史文化的传承。旧城改造升级既能够提升城市人居水平，又能够结合城市的快速、可持续发展，提升城市竞争力。因此旧城改造升级成为近年来各城市关注的热点。很多老旧小区因年代久远，存在无建筑平立剖面图、资料遗失或仅有纸质资料，不能满足项目设计及施工需要。三维激光扫描技术获取点云数据快、数据量丰富，可将实景数字化，便于后期利用，形成建构筑物相关图形资料2-。本文以重庆市九龙坡区某小区改造升级为例，采用LeicaRTC360三维激光扫描仪进行扫描作业，完成建筑物点云数据采集，得到详细的测量数据，利用AutoCAD绘制建筑平立剖面图纸，很好地展现了建筑的形态。2技术路线采用三维激光扫描仪作业及绘图，作业流程主要分为前期准备、数据采集、数据处理、CAD成图四大部分，如图1所示。技术流程图前期准备资料收集实地踏勘方案设计数据采集控制测量三维激光扫描实景影像拍摄数据处理点云数据处理坐标转换数据输出CAD成图分层平面图立面图平面图建筑总平面图图1技术流程2.1前期准备前期准备工作有资料收集、实地踏勘、方案设计。收集资料主要包括：项目周围已有控制点资料、相关建筑图纸、地形图、影像图等。根据收集的资料和现测绘第46 卷第2 期2 0 2 3 年4月场实际情况制定相应的技术方案，进行路线规划、控制点布设，为后期工作提供有力保障。2.2数据采集数据采集包括控制测量、三维激光扫描、实景影像拍摄。控制测量可根据项目的需要，布设相应等级的控制点。宜采用GNSSRTK的方式布设控制点，当测区不满足GNSSRTK的测量条件时，也可采用导线测量方法。三维激光扫描根据前期规划的扫描路线，架设三维激光扫描仪逐站进行数据采集，将标靶架设在控制点上进行扫描便于后期进行坐标转换。根据项目需求选择扫描密度，相邻测站间应保证点云重叠度。在标志不明显区域，可增设公共标靶进行扫描，便于点云拼接。实景影像拍摄可利用三维激光扫描仪设站时同时采集，便于后期融合真彩色点云。2.3 数据处理完成外业采集后，对点云数据进行处理，主要包括点云拼接、影像匹配、点云去噪、裁剪、坐标转换、数据输出等。利用CycloneRegister360自动对VIS预拼接的结果进行精准拼接，将控制点导入项目中，将拼接完成的点云进行坐标转换，即可输出拼接报告和不同格式的点云数据。2.4 CAD 成图利用AutoCAD成图插件LeicaCloudWorx打开点云数据，绘制平面、立面，生成剖面图。为了方便绘图，首先需对项目进行坐标系的调整，可通过“方向”菜单实现正交的视图。然后利用“裁剪”菜单中的工具条，隐藏暂不需要及影响绘图的其他点云数据。在绘制过程中，利用“显示”菜单进行点云色彩染、点云密度选择等辅助绘图。图形示例见图2、图3。图2 切割后点云俯视图图3 切割后点云立面图87利用天正插件绘制建筑物分层平面图。为满足绘图便利需求，首先设置轴线网，利用轴线网绘制墙体，同时录入墙体宽、高等信息；在墙体上准确位置分别插入门、窗、楼梯、栏杆、雨篷、空调机位、装饰物等建筑要素，并录入相关信息，生成对应的建筑符号；最后设置轴线编号，标注尺寸，标注对应空间的建筑功能及标高，形成完整的建筑平面图。利用天正插件生成建筑物外立面图。利用“三维组合”工具将绘制好的分层建筑平面图根据层高组合建筑模型，“建筑立面”工具生成不同视图的建筑立面图。建筑物外立面图需表示建筑外立面形状，室外地坪线、各层楼面线、墙体上门、窗、楼梯、栏杆、雨篷、空调机位、装饰物等形状和对应位置，并标注标高。利用天正插件生成剖面图。在建筑分层平面图中设置剖切线，生成需要表达的剖面图，面图绘制要求同立面图。平面图与立面图、剖面图中轴线位置和编号相对应。最后利用天正插件生成建筑模型图，方便设计人员使用。建筑总平面图是对老旧小区进行规划、设计的基础，能体现建筑与周边道路、建筑、高压线、用地红线相对关系。绘制建筑地形图叠加至收集的地形总图中，进行接边处理，制作建筑总平面图7 。3应用实验3.1使用工具简介LeicaRTC360三维激光扫描仪由三维激光扫描头、3 个12 0 0 万像素的HDR全景相机和内置惯导系统组成。单站扫描加拍照速度快；SmartReg智能拼接、VIS视觉追踪技术能实时计算相邻站点间相对位置，完成精确点云拼接。WFD波形数字化技术让扫描点位精度达到1.9 mm，测角精度达到18，测距精度 1 mm+10 ppm。Leica CloudWorx for AutoCAD 实现在 AutoCAD平台中对点云直接调用，海量点云可瞬时加载、染，并具有点云裁剪、切片、图形快速绘制等功能。天正建筑软件实现在AutoCAD平台中绘制建筑墙体、建筑附属物、设置轴线、生成建筑模型等工作，全过程专业信息化数据沟通。3.2应用案例重庆市九龙坡区是百年工业大区，历经“三线建设”重点布局。区内有建设集团、铁马集团、庆铃汽车、隆鑫摩托等军工、工业龙头企业及其家属区，区内建筑均有较长历史。经过多次搬迁及历史档案保管不善，很多建筑无相关图纸。为改善居民生活居住条件，提升居民的幸福感，九龙坡区拟对老旧小区进行分批次改造。88受相关单位委托，对九龙坡区某小区改造升级项目进行测绘。该小区共有3 1栋建筑，楼层都在8 层以下，有住宅、商业及配套。建筑周边一般有围墙及临时搭建，树木较高，枝叶茂密，通视条件一般。现场情况如图4、图5。根据上述作业流程对该小区进行外业采集、内业处理。得到建筑分层平面图、立面图、剖面图、总平面图及建筑模型。成果（部分）如图6 图10 所示。测绘第46 卷第2 期2 0 2 3 年4月图8 建筑立面图（部分）图4现场情况1图9建筑总平面图（部分）图5现场情况2图10 建筑模型图（部分）采用常规全站仪设站，采用极坐标测量方式对部分建筑进行抽查复测“8，测量建筑的主要房角点、室出图6 建筑分层平面图（部分）山图7 建筑剖面图（部分）内地坪高、建筑顶高及部分建筑附属设施高程。将极坐标测量结果与点云模型结果进行比较，平面对比结果见表1，高程对比结果见表2。表1 坐标对比表极坐标法采样点点云采样点序号X/m11999.1732031.10321999.15232014.95242014.973372067.988382115.285平面差值Y/mX/m1999.1622008.6941999.1352008.5792014.9352030.9792014.9661726.4142067.9921725.8732115.289中误差Y/m2031.1212008.6992008.6072030.9911726.4111725.880dS/m0.0210.0180.0330.0140.0050.0080.019测绘第46 卷第2 期2 0 2 3 年4月电磁波三角高程点云采样点序号法采样点H/m147.21247.24371.23446.734949.065073.15中误差由对比结果可以看出，平面和高程中误差完全满足规范要求。4结论通过项目验证，利用RTC360进行外业数据采集、CAD进行内业绘制的平立剖面图完全可以满足项目需求。相比于传统测量手段，三维激光扫描技术在建筑物形状及外立面较复杂、建筑楼栋多的情况下，外业采集数据更高效，可视化效果更好，提高了测量精度，提升了作业效率，降低了测绘成本。同时，海量点云数据实景复制现实场景，还可应用于其他方面或项目的重复使用，实现高科技测绘产品高附加值。但是，在建筑物形状简单、外立面附属设施规整且楼栋较少，或业主只需要某些关键要素时，采用传统测量的手段内外业效率会更高。89表2 高程对比表目前采用三维激光扫描技术内业成图主要还是采用人工判读绘制为主，下一步将继续研究特征点线高程差值H/mH/m47.2410.03147.2680.02871.2350.00546.717-0.01349.054-0.00673.1620.0120.014的自动提取，进一步提升生产力。参考文献1黄承亮三维激光扫描技术在城市规划管理中的应用J.测绘通报，2 0 18（S1）：8 4-8 8.2朱清海基于EPS2008的地面三维激光扫描技术在隧道测量中应用研究J城市勘测，2 0 15（1）：13 3-13 6.3周晓庆，张晓章，王磊，等城市测绘在老旧小区升级改造工程中的应用探讨J城市勘测，2 0 2 1（1）：145-149.4刘学思，张杰，石明旺三维激光扫描技术在老旧小区管线改造中的应用J测绘通报，2 0 2 1（S2）：16 2-16 5.5胡玉祥，李勇，张洪德，等地面三维激光扫描技术在建筑物立面测绘中的应用J城市勘测，2 0 19（3）：8 7-91.6黄杰云关于在城市测量中三维激光扫描技术的实践研究J】测绘与空间地理信息，2 0 2 0，43（2）：8 5-8 7.7彭维吉，李孝雁，黄讽。基于地面三维激光扫描技术的快速地形图测绘J：测绘通报，2 0 13（3）：7 0-7 2.8黎其添几种建筑物立面测量方法对比分析J北京测绘，2 0 19，3 3（7）：8 50-8 52.收稿日期 2 0 2 2-0 9-2 4作者简介石力（198 1-），男，高级工程师，主要从事工程测量技术方面应用研究工作。