三维激光扫描技术在老旧小区改造中的应用_余其富.pdf
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1、79三维激光扫描技术在老旧小区改造中的应用余其富1尹华丽21.广东南方数码科技股份有限公司长沙分公司湖南长沙4100162.湖南航琳信息技术有限公司湖南长沙410016摘 要:近年来,政府通过持续推进老城区有机更新,重新梳理整合城市空间,建筑整治、配套完善、传统文化挖掘、城市品质提升等改造工程,实施过程中很难找到和现场情况匹配的结构图纸资料,本文提出用三维激光扫描技术激光测距的原理,高速、实时、主动获取测量目标的表面三维坐标,同时利用无人机倾斜摄影获取楼栋顶面附属设施现状,形成高效化的工程测量模式,确保测量结果的精准性,为老旧建筑物改造设计、工程量计算、造价等提供基础。结合项目案例,分析总结三
2、维激光扫描和倾斜摄影在老旧小区改造中的应用和点云数据处理方法。关键词:三维激光扫描;老旧小区改造;倾斜摄影、点云数据DOI:10.19569/119313/tu.2023180271 概述随着城市规模的发展,为了更好地提高城市治理能力,完善机制、加强法治,对老旧社区进行提质改造是一个促进城市发展的重要途径,有利于提升城市精细化管理水平,推进城市内涵式发展,把城市建设得更加宜居宜业。通过城市更新的理念推进旧区改造,按照“先基础后完善、先功能后提升、先地下后地上”的原则,以微改造见大成效,进一步处理好留、改、拆之间的关系,保护和延续好城市文脉,彰显城市特色,激发区域活力,并推动中心城区能级和首位度
3、的提升。对需要改造的社区进行提质改造、分析规划,需要利用无人机、三维激光扫描仪等先进设备,进行全方位立体式测量,获取老旧建筑的顶面和外立面的测量成果图。2 三维激光扫描系统组成和特点三维激光扫描系统主要由三维激光扫描仪、计算机、电源供应系统、支架以及系统配套软件构成。三维激光扫描仪作为三维激光扫描系统的主要组成部分,是由激光射器、接收器、时间计数器、马达控制可旋转的滤光镜、控制电路板、微电脑、CCD机以及软件等组成1。三维激光扫描技术的特点如下:(1)实时、动态、主动性。三维激光扫描系统为主动式扫描系统,自动发射测量信号,不需要外部光源配合,可在白天和黑夜工作,提高了工作效率。(2)高分辨率、
4、高精度和高密度。激光扫描能够以高精度、高密度的方式获取被测物体表面特征和细部特征,同时获取点云数据。扫描过程由仪器内部电子设备自动控制,减少了人工干预,避免引入偶然误差,保证测量成果的精度。(3)自动化采集。数据采集自动化是测绘工作中社会发展的的趋势,不可逆转,满足了现代测量的需求。(4)扩展性强。三维激光扫描技术可以与内置或外置数码相机和全球定位系统配合使用。外置数码相机,可满足项目中对物体彩色信息的采集;结合全球定位系统,可进一步提高测量数据的准确性。(5)非接触测量,适应性好。三维扫描系统是一种主动式的测量系统无需和被测物体接触,无需合作目标,不需要安置反射棱镜,可以直接获取目标物表面点
5、的三维的高分辨率的数据,而且目标物的表面也不用进行任何处理,所采集到的数据完全真实可靠,突破了传统测量技术在环境恶劣、目标危险、人员无法到达而不能测量的缺陷,因此,在简化了测量工作的同时也保证了测量人员的安全,避免了他们在复杂危险的环境下作业,在解决目标危险或人员无法到达的情况下,具有非常明显的优势2。(6)扫描速度快。随着科技发展,三维激光扫描系统集成技术日臻完善,目前扫描仪的采样率可达数几十万点/秒至数百万点/秒,减少了有效工作时长,方便数据更新。3 技术路线和方法三维激光扫描技术又被称为实景复制技术,是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它是利用激光测距的原理,通过高速激光扫描测量的
6、方法,大面积、高分辨率地快速获取物体表面各个点的(x.y.z)坐标、反射率、(R.G.B)颜色等信息,由这些大量、密集的点信息可快速复建出1:1的三维点云模型,为后续的内业处理、数据分析等工作提供准确依据3。该技术在测绘工程、变形监测、文物古迹修复与保护、老旧建筑改造、建筑监测、灾害评估、数字城市、军事分析等领域得到广泛应用和探索,见图1。图1 老旧小区改造工程测绘项目工作流程图4 资料收集、踏勘首先对需要测量的房屋、房屋附属等建筑物进行资料收集并踏勘,了解测量楼栋位置和周边环境,对测站和航飞路线进行规划。技术探讨805 规划测站位置了解楼栋的特点和难点,根据楼栋的实际情况在地形图上预设测站点
7、,尽量避开遮挡物,减少外业测站次数,降低后期内业点云配准的难度,加快外业的采集效率。6 数据采集6.1 设备准备设备准备:扫描仪主机(有效距离150米以内)、电池、脚架、SD卡、脚架连接器、手机、纸笔。测量对象:指定的房屋测量区域,扫描对象有房屋及其房屋附属。天气要求:如有小雨应打伞,如遇到较大雨水天气应更改测量时间,若有彩色扫描需求应选择晴天进行扫描,大雾天气可以正常进行扫描测量,尽量在人体适宜温度条件下工作。6.2 测站选择扫描开始前可参考地形图数据现场调整扫描站点,扫描站点分布尽量均匀,扫描站点之间应有30%重复区域,对于重点扫描区域应多角度多方位架设站点保证扫描数据90%以上完整性。6
8、.3 立面数据采集建筑外立面是构成建筑的重要元素,作为建筑的外在表现,不仅能够为建筑物遮风挡雨,同时也是文化的表征,以不同的材质、色彩、造型体现建筑的形象与风格。外立面采集的内容包括建筑物外轮廓、女儿墙、门窗(含防盗窗)、外墙水管、燃气管、水表箱、电表箱、空调机位、广告牌、楼梯扶手、楼梯墙面等要素。图2 外立面采集效果图数据采集可由两人负责,一人负责建筑外立面拍照、绘制外业架站草图,一人负责用扫描仪进行扫描。保证扫描仪器的扫描距离和范围能够达到建筑物顶部,每一个测站尽可能多采集建筑物的细节,从而提高数据采集的效率。选择测站的时候应考虑周边环境条件,如围墙、来往车辆、树木、仪器本身测量距离的要求
9、等。根据周边环境及老旧小区建筑物改造细节情况来设置测站,尽可能提高数据采集效率,同时保证测量精度,另一组人员同时开展外立面拍照工作,同时根据测区任务检查是否有遗漏。每一测站完成扫描后,及时检查数据采集完整情况,及时发现并补测因周边车辆、围墙、树木、建筑的遮挡等导致无法采集完整的地方,测量的误差应控制在小于0.5cm。为保证外业扫描效率,扫描仪器要备足后备电源,每次完成任务后,及时进行扫描数据预处理、相片归类等工作,见图2。6.4 平面数据采集对于屋顶的数据采集,通过无人机航飞来采集房屋屋顶附属设施信息,提高采集效率。6.4.1 航线规划根据楼栋的密集度和楼栋的高度提前规划航飞路线,同时设置好航
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