CN110686651A - 基于三维激光扫描的建筑物外立面测量方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑物测量技术领域的基于三维激光扫描的建筑物外立面测量方法及系统，方法部分至少包括数据采集步骤、点云数据投影步骤、点云数据配准步骤、建筑立面灰度影像生成步骤、根据建筑灰度影像进行建筑立面图绘制步骤；其中针对至少包含两测站数据的立面，需要进行数据配准处理；系统部分包括点云数据配准模块、图像生成模块、立面图绘制模块。克服常规建筑扫描作业方法中存在的点云数据配准繁杂、配准精度损失严重、数据冗余严重、三维点云观感效果差等问题，可有效提高作业效率和测量精度。

Description

基于三维激光扫描的建筑物外立面测量方法及系统
技术领域
本发明涉及建筑物测量技术领域，具体来说，是采用三维激光扫描绘制建筑平立剖的测量方法。
背景技术
目前，建筑物的外立面主要通过皮尺、相机、全站仪等传统测量仪器进行测量绘制。传统方法存在外业作业效率低，内业成图困难等问题。三维激光扫描技术是近年来发展的一种新型测量技术，可以全视场、精确和高效地获取测量目标的三维坐标及影像数据，具有测量效率高(100万点/秒)、测量信息丰富(坐标+激光反射率)、测量精度高(mm级)等优势。该技术在建筑物立面测量方面已取得一定的应用成果，但目前常见的作业方法中存在点云数据配准繁杂、配准精度损失严重、数据冗余严重、三维点云观感效果差等问题，不利于内业成图。
发明内容
本发明的目的是提供基于三维激光扫描的建筑物外立面测量方法及系统，克服常规建筑扫描作业方法中存在的点云数据配准繁杂、配准精度损失严重、数据冗余严重、三维点云观感效果差等问题，可有效提高作业效率和测量精度。
本发明的目的是这样实现的：基于三维激光扫描的建筑物外立面测量方法，至少包括如下步骤：
S1、数据采集步骤，在待测建筑外围区域的任意位置架设若干测站，使得若干测站环绕待测建筑，然后利用测站完整地采集待测建筑外立面信息，获得原始点云数据；
S2、点云数据投影步骤，导入原始点云数据，将不同测站的扫描数据分别投影至不同的建筑立面上；若单个测站采集了至少两个以上的立面信息，则将该测站的扫描数据进行两次或两次以上的投影处理，然后转向S3步骤；若否，则转S4步骤；
S3、点云数据配准步骤，对于至少包含两测站数据的立面，先拾取该立面所有测站之间共同的特征点，通过平移将该立面所有测站的特征点重合，重复该步骤使得所有至少包含两测站的立面均能得到同样的数据配准处理；
S4、建筑立面灰度影像生成步骤，根据点云数据的强度信息，采用线性插值算法生成建筑灰度影像；
S5、根据建筑灰度影像进行建筑立面图绘制。
进一步地，在S3步骤中数据配准完成后增设用以评价点云数据配准精度的数据检查步骤。
进一步地，上述数据检查步骤为：针对至少包含两测站数据的立面，重新拾取该立面的所有测站之间共同的特征点，分析相同特征点的重合性；重复该步骤使得所有至少包含两测站的立面均能得到同样的数据检查处理。
进一步地，在S1步骤中，待测建筑的每个立面均至少对应一个测站。
进一步地，在S5步骤中，将建筑灰度影像导入绘图软件，并以建筑灰度影像作为参照底图，在绘图软件中绘制建筑立面图。
进一步地，在S1步骤中，任意相邻两测站之间不设立靶球。
进一步地，所述测站均为三维扫描仪。
基于三维激光扫描的建筑物外立面测量系统，至少包括：
点云数据配准模块，用于对点云数据进行配准处理；
图像生成模块，用于将投影配准后的点云数据转换成图片，将三维矢量数据转换为二维栅格数据，以形成建筑灰度影像；
立面图绘制模块，用于以建筑灰度影像为参照底图绘制建筑物立面图，并将处理后的图纸以通用的文件格式输出；
其中，所述点云数据配准模块至少包括数据格式转换功能单元、点云加载显示功能单元、点云坐标投影功能单元、点坐标拾取功能单元、图形平移功能单元。
进一步地，所述图像生成模块至少包括矢量数据转栅格数据功能单元、图片加载显示功能单元，所述矢量数据转栅格数据功能单元用于将三维矢量数据转换为二维栅格数据，所述图片加载显示功能单元用于将投影配准后的点云数据转换成图片。
进一步地，所述立面图绘制模块至少包括建筑图形绘制单元、成果展示与输出功能单元，所述建筑图形绘制单元具有若干绘图工具。
本发明的有益效果在于：
1)数据采集步骤中，在待测建筑外围区域的任意位置架设若干测站，相当于自由设站，该扫描作业方法有利于有效地提高外业作业效率；
2)针对至少包含两测站数据的立面，在点云数据配准步骤中将这种立面的所有测站的特征点重合,相当于将若干虚拟面合并为一面以达到降低数据维度的效果,可以将该过程定义为“降维配准”,采用该步骤可使扫描数据配准更加简易、快捷；
3)能够以建筑灰度影像为参照底图来绘制建筑立面图，可提高绘图精度和效率。
附图说明
图1是本发明的主要流程示意图。
图2是数据采集的作业示意图。
图3是原始点云示意图。
图4是投影后点云示意图。
图5是灰度影像图。
图中，1测站一，2测站二，3测站三，4测站四，5测站五，6待测建筑，6a东立面，6b西立面，6c南立面，6d北立面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
本实施例开发了基于三维激光扫描的建筑物外立面测量系统，包括：
点云数据配准模块，用于对点云数据进行配准处理；
图像生成模块，用于将投影配准后的点云数据转换成图片，将三维矢量数据转换为二维栅格数据，以形成建筑灰度影像；
立面图绘制模块，用于以建筑灰度影像为参照底图绘制建筑物立面图，并将处理后的图纸以通用的文件格式输出；
其中，上述点云数据配准模块至少包括数据格式转换功能单元、点云加载显示功能单元、点云坐标投影功能单元、点坐标拾取功能单元、图形平移功能单元。
上述图像生成模块至少包括矢量数据转栅格数据功能单元、图片加载显示功能单元，所述矢量数据转栅格数据功能单元用于将三维矢量数据转换为二维栅格数据，所述图片加载显示功能单元用于将投影配准后的点云数据转换成图片。
上述立面图绘制模块至少包括建筑图形绘制单元、成果展示与输出功能单元，所述建筑图形绘制单元具有若干绘图工具(比如图层管理、快捷标注等)。
如图1所示，基于三维激光扫描的建筑物外立面测量方法，基于上述的测量系统运行，包括如下步骤：
S1、数据采集步骤，在待测建筑6外围区域自由架设测站一1、测站二2、测站三3、测站四4、测站五5，任意相邻两测站之间不设立靶球，然后利用测站完整地采集待测建筑外立面信息，获得原始点云数据；
S2、点云数据投影步骤，通过点云数据配准模块将原始点云数据导入上述的测量系统，将不同测站的扫描数据分别投影至不同的建筑立面上，如图2所示，测站一1投影至南立面6c，测站四4投影至北立面6d，测站五5投影至西立面6b；测站二2、测站三3需做两次投影，其中测站二2分别投影至南立面6c、东立面6a，测站三3分别投影至北立面6d、东立面6a；投影前后点云如图3、图4所示；若单个测站采集了至少两个以上的立面信息，则将该测站的扫描数据进行两次或两次以上的投影处理，然后转向S3步骤；若否，则转S4步骤；
S3、点云数据配准步骤，对于至少包含两测站数据的立面，先拾取该立面所有测站之间共同的特征点(比如门角、窗角等结构特征)，通过平移将该立面所有测站的特征点重合，重复该步骤使得所有至少包含两测站的立面均能得到同样的数据配准处理，可使扫描数据配准更加简易、快捷，如测站一1与测站二2均采集了南立面6c数据；
S4、建筑立面灰度影像生成步骤，根据点云数据的强度信息，采用线性插值算法生成建筑灰度影像，如图5所示；
S5、根据建筑灰度影像进行建筑立面图绘制。
在S3步骤中数据配准完成后增设用以评价点云数据配准精度的数据检查步骤；数据检查步骤为：针对至少包含两测站数据的立面，重新拾取该立面的所有测站之间共同的特征点，分析相同特征点的重合性；重复该步骤使得所有至少包含两测站的立面均能得到同样的数据检查处理。
在S5步骤中，将建筑灰度影像导入绘图软件，并以建筑灰度影像作为参照底图，在绘图软件中绘制建筑立面图。可提高绘图精度和效率。
上述测站一1、测站二2、测站三3、测站四4、测站五5均为三维扫描仪。
以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护范围之内。

Claims (10)

1.基于三维激光扫描的建筑物外立面测量方法，其特征在于，至少包括如下步骤：
S1、数据采集步骤，在待测建筑外围区域的任意位置架设若干测站，使得若干测站环绕待测建筑，然后利用测站完整地采集待测建筑外立面信息，获得原始点云数据；
S2、点云数据投影步骤，导入原始点云数据，将不同测站的扫描数据分别投影至不同的建筑立面上；若单个测站采集了至少两个以上的立面信息，则将该测站的扫描数据进行两次或两次以上的投影处理，然后转向S3步骤；若否，则转S4步骤；
S3、点云数据配准步骤，对于至少包含两测站数据的立面，先拾取该立面所有测站之间共同的特征点，通过平移将该立面所有测站的特征点重合，重复该步骤使得所有至少包含两测站的立面均能得到同样的数据配准处理；
S4、建筑立面灰度影像生成步骤，根据点云数据的强度信息，采用线性插值算法生成建筑灰度影像；
S5、根据建筑灰度影像进行建筑立面图绘制。
2.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描的建筑物外立面测量方法，其特征在于，在S3步骤中数据配准完成后增设用以评价点云数据配准精度的数据检查步骤。
3.根据权利要求2所述的基于三维激光扫描的建筑物外立面测量方法，其特征在于，上述数据检查步骤为：针对至少包含两测站数据的立面，重新拾取该立面的所有测站之间共同的特征点，分析相同特征点的重合性；重复该步骤使得所有至少包含两测站的立面均能得到同样的数据检查处理。
4.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描的建筑物外立面测量方法，其特征在于，在S1步骤中，待测建筑的每个立面均至少对应一个测站。
5.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描的建筑物外立面测量方法，其特征在于，在S5步骤中，将建筑灰度影像导入绘图软件，并以建筑灰度影像作为参照底图，在绘图软件中绘制建筑立面图。
6.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描的建筑物外立面测量方法，其特征在于，在S1步骤中，任意相邻两测站之间不设立靶球。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的基于三维激光扫描的建筑物外立面测量方法，其特征在于，所述测站仪器采用三维激光扫描仪。
8.基于三维激光扫描的建筑物外立面测量系统，其特征在于，至少包括：
点云数据配准模块，用于对点云数据进行配准处理；
图像生成模块，用于将投影配准后的点云数据转换成图片，将三维矢量数据转换为二维栅格数据，以形成建筑灰度影像；
立面图绘制模块，用于以建筑灰度影像为参照底图绘制建筑物立面图，并将处理后的图纸以通用的文件格式输出；
其中，所述点云数据配准模块至少包括数据格式转换功能单元、点云加载显示功能单元、点云坐标投影功能单元、点坐标拾取功能单元、图形平移功能单元。
9.根据权利要求8所述的基于三维激光扫描的建筑物外立面测量系统，其特征在于，所述图像生成模块至少包括矢量数据转栅格数据功能单元、图片加载显示功能单元，所述矢量数据转栅格数据功能单元用于将三维矢量数据转换为二维栅格数据，所述图片加载显示功能单元用于将投影配准后的点云数据转换成图片。
10.根据权利要求8所述的基于三维激光扫描的建筑物外立面测量系统，其特征在于，所述立面图绘制模块至少包括建筑图形绘制单元、成果展示与输出功能单元，所述建筑图形绘制单元具有若干绘图工具。
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