基于三维激光扫描技术的建筑物三维建模研究

以某建筑物为例,进行三维激光扫描,研究三维激光扫描的系统组成与其工作原理、特点,采集建筑物点云数据,处理建筑物点云数据等数据处理方法,分析建筑物三维建模的方法,重建建筑物模型。     

利用原始激光雷达点云数据提取渐进式建筑物轮廓线

建筑物是城市三维建模的重要元素，其轮廓信息的提取既是难点又是重点。本文提出了原始激光雷达点云数据的渐进式建筑物轮廓线提取方法。首先对原始点云数据采用渐进数学形态学滤波分离非地面点；然后使用改进的三维Hough转换分类出建筑物点云；进一步提取建筑物轮廓点，并根据相邻点方位角阈值确定建筑点云轮廓的关键点，以此简化并拟合建筑物轮廓线；最后基于轮廓线长度加权方向将建筑物轮廓规则化。结果表明，该方法大大提高了点云处理的效率和精度，可以直接从采集到的初始数据中自动化渐进式得到建筑物轮廓线信息。同时该方法对解决中小城镇建筑物体积小，距离近和屋顶坡度较大等问题具有较好的效果。     

基于三维激光扫描的异型建构筑物绝对变形检测

提出了一种基于三维激光扫描技术的异型建构筑物绝对变形检测方法,通过将采集的建构筑物绝对三维点云与其BIM设计模型进行叠加分析,实现绝对变形检测。文中以地铁车站不规则外挂PC墙板的变形检测为例,对该方法进行了详细阐述和精度验证,验证结果表明该方法满足精度要求,可获取更全面、直观的变形检测成果。     

单体建筑物点云数据的CSF净化处理

从场景整体点云数据中提取单体建筑物的点云是建筑物单体三维建模的基础。然而，现有点云提取方法在提取建筑物点云数据时往往包含部分植被、地面等非建筑数据点，不利于建筑物对象建模。针对该问题，本文提出使用CSF方法对初步提取的建筑物点云数据进行净化处理。该方法首先将场景点云数据投影生成点云图像，根据图像特征初步提取单体建筑物点云数据；然后对获得的单体建筑物点云数据采用CSF方法进行净化处理，可以获得较为纯净的单体建筑物点云数据。本文以南京师范大学仙林校区部分区域为研究对象对该方法进行了验证。结果表明，该方法可以较好地对建筑物点云数据进行净化，得到较为纯净的单体建筑物点云数据，为基于点云数据的建筑物单体模型构建打下了良好的基础。     

利用三维激光扫描技术检测建筑物平整度及垂直度

利用地面三维激光扫描仪对某建筑物进行全自动高精度立体扫描，获得目标建筑物表面的三维空间点云信息，经过研究分析提出了一种根据点云提取建筑物中心轴线的方法，采用随机采样一致性算法（RANSAC）拟合直线，并采用整体最小二乘算法拟合平面。通过分析拟合平面及拟合直线的几何特征来检测建筑物的平整度和垂直度，实测数据分析结果表明，三维激光扫描技术在建筑物立面平整度及垂直度检测中具有较高的可行性和适用性。     

利用三维激光点云重构建筑物模型

随着三维激光点云数据获取能力的提升，基于三维激光点云进行建筑物模型重建与立面测绘成为工程应用中常用的方法。三维激光点云数据能够体现建筑物丰富和直观的细节信息，然而海量数据处理给建筑物模型构建带来了极大挑战。本文通过对建筑物的三维激光点云数据进行横切得到建筑物轮廓点，并采用基于遗传算法的TSP算法对轮廓点进行处理以获取建筑物各立面的方程系数，最终实现建筑物模型的构建和获取详细的建筑物立面数据。试验结果表明，此方法可以较好地实现LOD1级建筑物模型的构建，进而为更高（LOD3）级别的建筑物模型构建提供依据。     

地面LiDAR技术与移动最小二乘法在三维建模中的应用

地面LiDAR不仅能够快速获得建筑物表面精确三维坐标点云信息,并且利用自身所携带的相机同时采集建筑物的影像信息,这使得地面LiDAR在城市三维建模与古建筑精细模型制作中得到广泛应用。然而地面Li-DAR采集的点云数据巨大,离散点之间没有关系,这给建模带来了困难。本文通过将地面LiDAR数据进行预处理得到建筑物点云数据,再通过移动最小二乘法来拟合建筑面构建建筑物模型,实验证明移动最小二乘法拟合得到的建筑物模型光滑准确,能够将建筑物的细节信息表达出来。     

一种顾及主方向的点云配准施工检测方法

面向建筑物施工的全局偏差检测需求,提出一种顾及主方向的PCA-ICP点云配准施工检测方法。首先将BIM设计模型数据转换为BIM点云数据;然后运用顾及主方向的PCA (主成分分析)粗配准结合ICP (迭代最近点)精配准,即顾及主方向的PCA-ICP配准方法,在无控制点条件下实现三维激光点云与BIM点云配准,并计算配准均方误差E;最后利用M₃C₂算法和均方误差E计算出三维激光点云与BIM点云之间的偏差值和偏差值误差范围,最终统计得到施工偏差结果。以某体育场馆钢结构为例,实验结果表明,该方法较常规偏差检测方法可以得到建筑物实际施工的全局偏差。实验结果可为建筑物施工提供参考。     

基于三维激光扫描技术的钢结构扰度检测及应用

钢结构在长期荷载及不均匀受力的作用下会产生空间变形，其中扰度是其重要的衡量指标。通常采用全站仪采集钢结构轴线上若干特征点进行分析、计算，由于钢结构特征点难以捕捉，测量存在误差，并且有限的空间离散点难以全面反应钢结构空间变形。本文采用徕卡RTC360三维激光扫描进行钢结构扰度测量；介绍了其作业流程及数据处理方法；利用标靶将各个测站的三维点云拼接成一个整体；采用拟合的方法提取空间特征点及轴线；利用三维点云构建空间模型，并与设计模型进行碰撞分析；可全面地反映钢结构的空间变形情况。     

基于地面三维激光技术的建筑物变形监测研究

地面三维激光雷达测量系统是最近几年刚刚新生的一个测量技术,本文提出一种研究建筑物变形的方法即用三维激光扫描仪对建筑物或者构筑物进行三维扫描并获得建筑物的三维点云模型,然后通过前后两次建筑物的三维点云数据的比对、分析,可以对建筑物进行平面位移监测、沉降监测、倾斜分析、整体形变监测。     

石窟寺三维数字化档案建设方法与技术探讨

文物是不可再生的文化资源,需采用现代科技手段对其进行数字化保护,延续人类历史文明。本文以彬县大佛寺石窟为例,在已有基础地理信息数据、三维激光扫描数据、立面影像数据的基础上,运用CAD建模技术、三维激光扫描技术、虚拟现实技术构建石窟寺三维立体模型,借助CityMaker软件对模型数据、基础地理信息数据及文档资料进行管理。在此基础上,采用基于GIS组件的二次开发方法,借助于CityMaker SDK组件进行三维数字化档案系统开发,探索石窟寺三维数字化档案的建设方法。结果表明,本文提出的方法实现了对石窟寺三维数字化档案的管理,客观详实地记录了石窟寺现状,为文物部门的管理工作提供了便利。     

基于Cityengine平台的CGA规则室内三维建模方法研究

随着三维数字城市建设的兴起和不断发展,3D GIS技术逐渐被人们所重视,多种三维建模软件也已被大量应用在三维数字城市的设计和创建中。首先通过与传统建模软件的对比,分析了Cityengine城市引擎软件在快速批量建模和与GIS软件数据交互方面的优点,同时也指出了Cityengine在建筑物室内场景方面缺乏对建模规则的研究。因此本文利用二维GIS几何数据作为模型的底面基础数据,借助Cityengine软件特有的CGA语法编写规则文件,对Cityengine平台下创建建筑物室内三维场景的方法进行了初步探究。通过对该方法的研究旨在使三维室内外场景形成良好的整体,弥补之前Cityengine只能对大场景进行外部批量建模而缺乏对内部模型研究的不足,扩展Cityengine在三维建模领域的应用范围,为智慧城市的创建设计以及可视化分析提供了新的手段。     

地市级实景三维城市建设及应用——以实景三维临沂建设为例

实景三维城市已成为三维空间支撑基础设施,是新型基础设施建设的重要内容,地市级实景三维城市建设是全面构建实景三维中国的基础。本文结合实景三维临沂的建设,提出了在低重叠度下,激光点云与倾斜摄影多源数据深度融合技术快速构建城市级实景三维城市的技术流程与体系,其数据成果在大比例尺地形图测绘、智慧临沂时空信息云平台建设、三维不动产登记管理等方面被深入应用,对推动城市级实景三维城市建设及应用具有实践意义。     

利用三维激光扫描技术进行地铁隧道施工质量管控及病害检测

三维激光扫描技术具有不接触、高密度、高精度和数字化等特点，可实现地铁隧道全息、全面、快速三维测量。在土建施工阶段，分别对隧道初支及二衬进行三维扫描，可快速获取初支断面的超欠挖情况及二衬限界情况；将初支与二衬扫描获取的点云进行叠加计算，可分析隧道施工二衬的厚度。在地铁隧道运营阶段，采用移动三维激光扫描技术对隧道进行扫描，可快速获取隧道的全息数据，从点云中可分析、提取隧道渗水、裂缝、管片错台等病害信息。本文采用三维激光扫描技术对青岛地铁部分工点的施工质量及病害检测进行了测试、应用，介绍了其数据采集流程及点云分析处理，为三维激光扫描技术在地铁隧道的推广应用提供了一定的借鉴意义。     

面向数字城市建设的三维建模关键技术研究与应用

三维模型数据以其直观性、客观性和真实性等特性,成为数字城市数据库中的重要组成部分。为了解决三维模型数据获取的精准性和高效性等,在建设数字城市过程中,采取多种技术方式实现三维模型的获取。包括采用传统手工三维建模实现三维精细模型的精准性,采用三维激光扫描技术实现三维模型数据的超精细化,以倾斜摄影测量的半自动建模方式实现快速建模等。本文从技术角度全面总结了在建设数字城市过程中三维模型的具体技术途径及应用方式。三维模型数据应用于数字城市的历史文保、教育、经济等多个领域,为智慧城市的建设奠定了坚实的数据基础。     

塔形构筑物倾斜变形监测新方法

随着各地高层构筑物数量的不断增加，构筑物变形产生的安全隐患也不断受到重视。本文针对传统观测方法的局限性和低效性，提出了基于激光散乱点云数据的塔形构筑物倾斜变形监测新方法，采用两台地面激光扫描仪分别扫描构筑物外表面的散乱点云数据，建立塔形构筑物的基础表面模型，生成沿轴线的塔体中心点数据，筛选可靠性最优的线性排列点，从而得出塔形构筑物在空间上高精度的偏移量和倾斜率。最终编程实现了数据获取到成果输出的一键式计算。结果表明，基于点云的塔形构筑物观测结果与传统方法观测结果的角度误差分别为0.005°和0.001°，倾斜量误差分别为0.000 05和0.000 1 m。本文方法可以快速获得构筑物整体和局部的偏移量变化特征，为塔形构筑物的施工、维修和重建提供了基础模型数据。     

基于激光扫描技术的建筑物三维重建

三维激光扫描技术作为一种新型高精度的全自动立体扫描技术,区别于传统的单点式测量,它能够快速获取被测物体表面大量的三维空间坐标。同时获得的点云数据不仅能够直观地表现出物体属性,还能构造出目标物的三维模型进行规划分析,大大推动了数字城市的建设进程。而本文详细介绍了三维激光扫描技术,并结合实际案例来阐述利用地面激光扫描仪对青岛市某高层建筑进行外业测量以及点云数据处理,最终利用Realworks和Sketchup软件对点云数据进行三维重建及展示。     

三维激光模型在规划中的应用

全国众多城市已初步实现了应用数字三维建模技术进行规划前和规划中的三维仿真规划管理,有效提高了规划审批的质量和效率。但受项目规划验收数据采集方式的限制,规划核实借助三维平台的城市还为数不多。随着三维激光扫描设备和技术的不断发展,微型远距离高精度三维激光扫描设备不断进入应用阶段,旋翼无人机搭载微型三维激光扫描仪作业方式的出现,使小区域快速精确生成三维模型成为可能。本文通过一项建筑竣工三维测绘试验案例,试探应用小区域三维激光扫描技术,在批后管理中客观地对项目建设情况和项目进度进行精确管理,直观、真实、详细、准确地了解项目的实际建设情况,提高规划批后管理和规划核实的效率,极大地推动了规划管理走向高效化和科学化。     

无人机倾斜摄影结合激光扫描仪三维逆向建模

近年来随着科学技术水平的不断提高,城市三维数字化成为数字城市建设的重点应用方向。无人机遥感技术、三维激光扫描技术的发展,使数字城市建设逐渐开始向全面自动化、智能化转变。本文利用拓普康猎鹰8号多旋翼无人机,并结合拓普康GLS-2000L三维激光扫描仪对建筑物进行数据采集,然后利用Context Capture自动建模后处理软件解决城市自动化三维建模的技术难题,为智慧城市的三维系统建设提供有力的技术保障。