一、概述

       在城市和乡镇建设中，为了使临街建筑与街道的景观协调起来，往往需要对旧有建筑的立面进行整治。因此2020年国务院办公厅发布了关于全面推进城镇老旧小区改造工作的指导意见，包含老旧小区改造范围、改造内容等多项改造指导。

       改造或者扩建要求作业人员测绘出建筑物的立面图纸，目前常见的测绘设备及软件都是基于平面图测绘而开发出来的，无法直接用于立面图测绘。

       当下，激光技术，以其单一性和高聚积度成为继GPS空间定位系统之后又一项新的测绘技术，它推动了三维空间数据获取向着集成化、实时化、动态化、数字化和智能化的方向发展。通过武汉三维建模的方法，可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供了全新的技术手段。近些年文化遗产保护领域已引入了三维激光扫描技术，这对文化遗产的保护与展示产生了重要的社会文化意义。

       将激光技术运用到老旧小区改造前测绘建筑物立面图纸的工作中，能无接触扫描、快速获取老旧小区外立面的密集点云和影像，为建筑物立面测量提供了一种更新、更快、更便捷的测量作业模式，能够更高效、更安全、更经济完成测绘扫描工作，同时积极响应国家老旧小区改造政策。

全面推进城镇老旧小区改造工作的指导意见

传统测绘

三维激光扫描仪扫描建筑物

二、SLAM三维激光扫描技术与传统三维激光扫描仪的区别

       当下，现有的地面移动测量系统通常是基于车载的移动测量系统的，但目前地面移动测量系统均需要依赖于全球卫星导航系统(GNSS)和惯性导航系统，只能用于室外环境。然而，室内和地下空间等环境中没有GNSS信号，所以传统的移动测量系统无法正常工作。固定式激光扫描可以用于室内室外的环境，但是复杂场景需要大量换站，并进行点云拼接，数据获取的效率十分低下。然而，即时定位与地图构建(SLAM)技术在移动测绘方面具有较好的应用，不依托GNSS信号，能够对室内和室外的地面水平环境进行地图构建和环境建模。因此，SLAM技术在测绘领域中的应用降低了测量复杂性，不需要大量标记地物点，不需要GPS信号，适用于在室内室外场景，对于解决传统测绘中的定位及场景重建问题具有广阔的前景。

传统测量方法：

       通过皮尺、测距仪及全站仪等工具对具有施测条件的建筑物外立面的长、宽、高等尺寸进行数据采集，但老旧小区门窗、阳台、雨篷等附属设施多而密集，利用传统的测量方式需要投入大量人员进行外业测量，且无法保证细部的完整性和精度，工作量大、局限性大、作业效率低，内业成图工作较为繁重且易出错，特别是对于楼层较高的建筑物，采用传统方式采集立面数据比较困难。

三维激光扫描仪：

       通过三维激光扫描技术对建筑物进行无接触扫描，能快速获取建筑物外立面的密集点云和影像，具有采集时间短、精度高（扫描精度达到毫米级）、自主性强、智能化等特点，为建筑物立面测量提供了一种更新、更快、更便捷的测量作业模式。而三维激光扫描仪的种类繁多，面对不同的环境状况，不同的测绘需求及规范，合理的选择三维激光扫描仪才能更加高效，便捷的应用于项目生产。

       由于SLAM技术无需GNSS信号，对工作环境又有极强的适应性，基于SLAM技术的移动测量系统在多个测绘领域发挥作用，具体表现为：

◆外业数据采集速度极快，可快速获得所需点云数据，数据精度高。

◆内业点云预处理时间短，自动化程度高，无需人工干预，短时间内获得点云数据。

◆操作简单易学，无需换站，连续采集，具有连贯性，可实现室内外一体化扫描作业。

◆SLAM技术的测绘移动测量扫描仪在任意环境中长时间工作故障率低，对于精度要求较高的重点区域，可与固定测站式三维激光系统配合使用，既能保证精度，又能保证效率。

三、基于GeoSLAM ZEB HORIZON移动三维激光扫描仪立面测量的技术路线

GeoSLAM ZEB HORIZON三维激光扫描数据采集

       GeoSLAM ZEB HORIZON三维激光扫描仪操作简便，扫描速度快，精度可达到厘米级。根据建筑分布及地形走势规划扫描线路,主要满足外墙、窗户、细部扫描的精度和完整度要求。此外，针对带状较长街道书记采集，我们将严格按照分段测量，每200米-300米分段扫描，有助于控制整体扫描精度，防止带状扫描距离过长累计误差较大。

同步影像采集

       为更好辅助内业立面制图的需要，GeoSLAM ZEB HORIZON三维激光扫描仪还标配有ZEB CAM动态相机，可在移动扫描的过程中对建筑各立面以及室内外进行了影像采集。

构建建筑点云模型

       建筑结构复杂，空间层次多，在使用GeoSLAM ZEB HORIZON三维激光扫描仪时，需分区域（如：分室内室外扫描；分楼层扫描；分区块扫描等）。最终将不同分区的数据进行拼接，形成完整的三维点云模型。

       在进行配准之前，首先要进行数据预处理，因为在扫描物体时，由于遮挡等原因的影响，采集的数据不止是我们需要的数据，其中还包括很多我们不感兴趣的数据，例如：物体周围的花草树木、车流、人群等，这样就必须在配准之前要利用数据的预处理把我们感兴趣的数据提取出来，预处理的方法很多：可以利用激光强度把同一类物体同时选中后删除、人工选取等方法。

基于点云的平立剖面图制作

       由于点云数据是最真实和完整的数据信息，所以直接从点云数据上采集信息是最准确的，通过软件把点云数据转化的建筑坐标系，通过软件在每个层次进行点云剖切，就可以制作出点云平立剖面图。

基于点云的立面图绘制

       将基于点云生成的平立剖面图导入CAD/Microstation等软件平台，可快速进行矢量图绘制；也可将拼接完整的三维点云模型导入CAD/Microstation/EPS等软件平台，通过点云切割，截面等方式进行立面矢量图绘制。

四、基于GeoSLAM ZEB HORIZON移动三维激光扫描仪立面测量的项目实施

      广东省汕头市老城区改造风貌提升项目中我司为该项目提供三维扫描服务，2名外业数据扫描人员，共扫描用时6天，共采集有效立面面积约110万㎡。经过全站仪与皮尺测量精度均在精度要求范围内。

采集过程可以使用扫描仪内置相机获取色彩，由于工期太紧我们使用了反射强度画图。

曲面类型立面图展开:

       在一些特定建筑物表现为弧形或者圆弧形，这种建筑在平面表示上非常困难，传统立面图绘制中点云正摄画图无法满足要求，只有把图展开才能正确表现尺寸长度与统计面积。

最终成果提交

五、总结

      武汉三维建模是一种先进的全自动高精度的立体扫描技术。突破了传统的架站式三维激光扫描技术及全站仪的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描能够提供扫描物体表面的三维点云数据，实现实体真实、完整和精确的三维复制，为快速获取建筑物平面图、立面图和剖面图数据提供了一种全新的技术手段。应用于旧建筑物改造过程中；三位激光扫描技术能够快速、高效、高精度的获取测量目标的表面三维数据，进而快速、高效的获取旧建筑物的高精度平面、立面、剖面图，为旧建筑物改造设计、工程量计算、造价等提供基础。