引言

目前，我国正处于经济不断发展、高速城市化的阶段，我国城市化进程呈现出日益加快的趋势。而老旧城区的存在与新城区建设的矛盾也日益凸显，这种现象已成为了影响城市面貌的一大障碍。如旧城区空间狭小，地面设施陈旧，给居民生活带来诸多不便，并且最为重要的是由于年久失修，旧城区存在严重的安全隐患，对人民群众的生命财产安全构成极大威胁，所以旧城改造项目势在必行。在这种城市健康、有序发展理念的提倡与推崇下，城市旧建筑综合整治成为了城市发展与旧城更新的主要手段，是城市可持续发展、提升城市环境质量的重要保证和长期手段，也是旧建筑改造的外部动因。传统的立面测量中，大多数情况下还是通过全站仪及GNSS等方法。但是当我们需要对大型的复杂的建筑进行研究时，不可避免的就需要大量的立面信息，显然这些方法并不适用。近年来，科学技术的突破性快速发展带动了许多新兴技术的应运而生。三维激光扫描技术以其独特的优势，能在使用过程中快速地获取建筑物的三维空间信息、结构信息、材质属性，解决了传统测绘仪器在建筑测绘方面数据不全面、采集速度慢等问题。本文利用三维激光扫描技术，获取旧城建筑点云数据，采用全景相机获取旧城建筑的影像纹理信息，完成旧城建筑的立面模型三维重建，并生成模型的立面二维图。

外业数据采集

本次项目采用天宝TX8三维激光扫描仪进行外业数据采集，天宝TX8测距精度小于2mm，扫描速度达到一百万点/秒，扫描范围最远能达到340米。TX8能够获取精确、清晰、细节丰富的高质量数据。

本文以其中一栋建筑为例，该建筑结构较为复杂，整栋楼体积较大，附着管道、钢架、空调众多，扫描通视效果一般。为了保证扫描的效率和精度，本次外业数据采集采用 TX8的在进行外业扫描，选择Level1扫描模式，每站扫描时间约两分钟。

图1 建筑物实景图

测站选择是否合理将直接影响建筑物点云数据获取质量，为了保证点云预处理时拼接操作的顺利进行，在测站选择时，两测站之间需保留一定的重合区域，该区域的选取主要考虑球形标靶安置时的稳定性。具体测站分布如图2所示。

图2 布站示意图

点云数据处理

Trimble TX8扫描获取的点云数据可以直接通过Trimble RealWorks点云数据处理软件打开扫描工程文件。具体步骤为：

(1) 点云数据配准

在配准界面选择球形靶标的直径，通过自提取目标提取测站之间的靶球。提取完之后，使用目标分析器查看所提靶球是否正确，倘若有靶球未能正确提取，可选择使用手动提取目标靶球来提取。目标靶球提取完成后，应用即可完成数据的配准。

(2) 点云数据去噪与精简

三维激光扫描仪进行扫描测量时会把建筑物附近以及周围地物记录下，这大大增加了数据量。所以在进行数据分析之前需要将所需要建筑物之外的点去除，这个过程为点云数据噪声点去除。利用Trimble RealWorks中的点云分割工具即可完成点云去噪工作。

由于三维激光扫描仪获取数据速度快，再扫描过程中会对同一位置进行重复扫描，这样会造成点云数据的重叠，使得配准之后的点云数据量十分庞大，不利于后期对其进行分析、存储、处理，因此需要对获取的点云数据进行精简，精简后的点云数据可保留了建筑物表面信息，且数据量较小，方便后期数据分析等工作。点云去噪精简后点云如图3所示。

图3 去噪精简后建筑物点云示意图

利用点云进行三维重建

点云重建工作在3D MAX中完成，首先将建筑物点云数据导入软件中，然后完成以下建模工作。

(1) 墙体窗户的制作

在创建命令中找到图形-矩形，打开三维捕捉，进行图形的创建。然后将需要编辑的线转换成可编辑样条线，附加上另一个矩形。通过挤出命令，输入墙的厚度，墙体即可建模完成。如图4所示。

图4 墙体窗户示意图

(2) 楼梯制作

选择几何体——楼梯，根据需求选择合适的楼梯模型。根据点云输入实际参数，楼梯即可建模完成。如图5所示。

图5 楼梯示意图

(3) 模型渲染与贴图

模型构建完成后，需要根据现场采集的纹理数据进行渲染与贴图。通过加载图片功能完成纹理的映射，然后调整渲染参数，即可进行模型的渲染。渲染后的模型如图6所示。

图6 渲染后的建筑模型

立面数据生成

在模型构建后，对其进行检核，主要是检查纹理渲染效果、单体模型构建位置及数量、空洞数量、管线位置及数量等。检查完成后，可以在SketchUp中对模型进行二维导出，构建模型立面，四面均可导出，图7为模型导出的南立面。

图7  立面二维线画图

结论

在旧城区改造中，通过利用三维激光扫描技术获取城区数据，利用3D MAX和SketchUp对其进行三维重建，可以精确且高效地获取建筑物的三维模型，从而快速获取建筑物的四个立面，尤其对于结构较为复杂的建筑物，克服了传统测量方式数据量少、施测工作量大、数据不全面的问题，可以最大限度保留真实位置信息。对旧城区建筑物立面的规划和改造，提供了有效的数据支持。

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/KR51KblqM-HYhYL1r3Hb3Q

文章来源：天宝Trimble Geospatial

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