摘要
在我们熟知的建筑测量之中，大多采用比较传统的测量方式，例如全站仪、水准仪、钢尺测距，在这些测量工具的帮助下绘制出草图，再通过处理软件CAD或者CASS来制作图纸。在很多的建筑测量中，由于建筑物本身结构复杂，不规则从而导致传统的测量办法工期时间长，效率以及精度较低。然而现在精度高，工期短的三维激光扫描技术已经在测绘领域飞速发展，并应用于测绘的每一个角落。本文对三维激光扫描技术的作业原理及其发展状况进行了简单的阐述，并以河北省花厂峪抗日纪念馆为例，对该技术在建筑测量中的点云数据拼接、分类，在TBC软件如何导出数据以及通过点云数据在CAD绘制建筑物的平、立、剖面图作了研究，研究结果表明：三维激光扫描技术因为其本身所具有的扫描精度高、工作效率高、使用范围广等一系列特点，可以让该技术可以在多方面的工作领域上推广使用。
关键词：三维激光扫描；建筑测量；测绘；点云数据
第1章概述
1.1研究的背景及意义
1.1.1研究的背景
在我们的日常生活中，随处可见的建筑，其建筑简而言之就是建筑物与构筑物，其中房屋在建筑中最为常见，房屋一般特指进行社会活动的工程建筑，其功能包括了住宿、工作、学习、生产、经营、娱乐、储藏物品。在我们所见的建筑中，对其现状记录的方法之一就是测绘，我们通过对建筑物进行测量，以图纸的方式呈现在我们眼前。
然而，测绘行业发展至今，我们所使用的仪器，学习的理论也在不断更新换代，基于传统的测绘已无法满足当今行业的快节奏发展，测量的成果、测量的安全性、测量质量、测量效率、测量灵活性、测量人性化等几点限制了传统测绘的发展，其中由于不能表现在三维空间，只能够以二维的方式展现在图纸上，所以很多建筑因传统测量的限制无法确切的记录建筑物一些细节现状。近年来，我国每一个行业的技术都得到了飞快的更新换代，这是由于我国的科技科研的能力得到快速的发展，测绘行业也不例外，作为新兴的测量技术例如GPS定位技术、无人机摄影测量相关技术、三维激光扫描技术，其中被称为二十一世纪测绘行业技术的一项新成就，就是三维激光扫描技术。三维激光扫描技术因在施工测量时无需与被测建筑物接触，扫描仪的扫描速度快，精度以及分辨率高，能够从大面积地快速获取建筑物的点云数据，再通过内业软件根据点云数据来绘制建筑物的模型，这项技术已经把一开始的经纬仪、陀螺仪，发展到水准仪、全站仪等这些传统的测量技术取而代之了，这项符合时代快速发展的新技术，将给测绘行业的发展带动一股勇猛的改革。
1.1.2研究的意义
建筑与我们的生活联系紧密，不可或缺，从日渐高涨的房价可以看出，居民住房对生活的重要性，但是居民住房只是建筑中的一个小小的类别。建筑测量在现如今的测量工作中承担了很大一部分的任务，通过一些传统的测量方式来获取建筑物的数据，对其测量数据进行处理从而获得建筑物的信息成果，传统测量的方法虽然操作简单，比较容易理解，上手快，但是传统测量的方法所取得的数据精度较低，数量较少，效率也比较低，三维激光扫描技术的出现，巧妙的化解了因传统测量而产生的一系列问题。
三维激光扫描技术是一种在20世纪90年代中期随着科技的不断发展而衍生出的一种高新技术，同时也是继全球定位系统之后的又一项测绘技术方面新的突破。该技术不需要直接来接触被测对象，而是对被测的建筑物通过扫描仪发射出高速的激光来扫描的方法，因其扫描的范围较广以及扫描出的数据分辨高较高两个显著的特点，能够直接快速地获取被测建筑物的三维坐标数据，其测量精度能够达到毫米级，获取坐标以后再通过专业的软件，导入被测物体的测量数据，从而建立物体的三维实体模型，并可以通过此模型绘制出建筑物准确且完整的平、立、剖面图。三维激光扫描技术从根本上改变了传统测量的作业方式，从使用大量的人工进行外业采集作业转变为用一台仪器对大面积的自动化测量，为测绘领域的外业工作提升了较高的工作效率，避免了传统测绘的诸多影响因素，例如精度较低、测量环境恶劣、频繁接触被测物体以及外业工作人员的安全等等。
1.2国内外发展概况及存在的问题
1.2.1国内外研究现状
在激光技术日新月异的发展时，三维激光扫描技术初露头角便成为测绘行业的新宠。截止现在，国外一些科研工作者首先对三维激光扫描技术进行了研究，在这项技术的仪器研究方面，国外发达国家率先对扫描仪研发制造取得了显著成果，在国外激烈竞争的环境下形成了在国际上著名的品牌，例如X的Trimble，其代表的产品是TrimbleTX5以及TrimbleTX8，两款扫描仪的特点都是在GPS方面相关功能强劲，操作系统轻巧，采用了创新技术，操作简单，精确授时，配备了强大的内业处理软件。此外还提供行业领先两年的保修和全面的工作流程，用来验证现场的扫描项目；德国的Z+F系列，其代表产品是Z+FIMAGER5016三维激光扫描仪以及9012断面扫描仪系列，该扫描仪的特点就是精度超高，在实际测量环境之中扫描范围最广，扫描速度最快；奥地利的Rigel，其代表产品是VZ-400等系列，该扫描仪属于长距离的脉冲式扫描仪，主要的优势就是测量距离较远，适合电站、大坝、比较大的建筑物检测；法如Foucuss系列，其代表产品是Focuss150和Focuss350，该系列产品一致被行业认为是重量最轻，价格便宜的产品；徕卡其中也有HDS8800扫描仪、C10扫描仪、P16扫描仪等地面三维激光扫描仪为代表。与国外的一些发达国家相比的话，三维激光扫描技术的仪器研究在我们国内则略显的起步稍晚，其中在这方面的研发成果比较明显的就是中海达所研发和生产的HS系列三维激光扫描仪和由北京科技大学管理学院天绘的U-Arm系列地面式扫描仪和它所对应的数据预处理软件UIUA。随着我国科技技术的突飞猛进，如今在三维激光扫描技术方面也做出了一些在许多国家之中令人瞩目的成果，例如上海华测导航技术股份有限公司在无人机激光雷达研发方面，研究出了AS系列机载三维激光测量系统，这项研究很好的解决了外业测量当中环境因素较为恶劣的问题，该技术具有精度较高、用时长久、仪器便捷、对建筑物的穿透能力强等一系列特点。
地面三维激光扫描技术因其独特的技术特点，所以该技术被广泛应用于在历史建筑文物保护、核电站、水电站、交通事故现场勘察、电力等方面，例如在土木工程测量方面，主要是解决道路、隧道、桥梁、矿井等测绘任务；在工业设施及电力输电线测量方面，因工业设施的复杂性而对其进行整改，需利用三维激光扫描技术生成可视化3D模型；在地质应用方面，对地质调查、录入、监测等多方面研究时，采用模型生成的方法可有效的减小因仪器、环境、施测人员等因素所带来的误差；在变形监测方面，如果采用传统的测量办法，所取得的数据信息有限，很难全面的体现监测目标的变形情况，所以三维激光扫描技术在该方面很好的解决了前面所阐述的一系列问题；在历史建筑文物保护方面，采用该技术有效避免了因在测量时频繁接触历史建筑而产生损坏以及作业人员的安全问题；在交通事故现场勘察方面，该技术能够真实的反映出事故现场的三维场景数据，对事故现场处理具有重要的研究意义。
1.2.2存在的问题
在我们日常所使用的测量方法当中，很多测量方法都有利弊，三维激光扫描技术也不例外，该技术也存在着一定的局限性。首先是该技术所运用到的测距原理是激光发射，激光在物理学的角度称为可见光，作为可见光不具备穿透能力，因此在一个测站扫描时，从该测站发射的激光就不能够扫描到一些被遮挡的部分，同时建筑物内部的构造也无法通过该测站所扫描出来。简而言之就是在架设测站的时候，我们肉眼所能观察到的都能够被扫描，一些不可见的部分就无法被扫描，这就需要我们在测量一个对象时，需要架设不同方向的测站来对被采集的对象进行多次的扫描，才能取得被测对象的完整信息，有时也会因为被采集的对象周围环境复杂难以架设具有很好观测角度的测站而影响数据采集的完整性。例如我们国家很多的古建筑都处在一些较为极端的环境之中，因此在测量周围环境较为复杂的建筑时，我们作业人员如何去选择架设一些观测角度良好的测站就成为了一个难题。其次我们所用到的仪器为TrimbleTX8激光扫描仪，该仪器的工作温度范围为0℃-+40℃，这就意味着在一些天气环境条件比较恶劣的地区，此设备是无法正常工作的。最后三维激光扫描技术输出的是大量的点云数据，我们在处理这些点云数据的时候对我们所使用的计算机系统也随之会产生较高的要求。因此三维激光扫描技术在不同的层面上还具有一定的局限性，如何在这些层面上去解决所产生的问题也将是一个具有挑战性的目标。
第2章三维激光扫描技术
2.1三维激光扫描技术工作原理
三维激光扫描技术也称为“实景复制”技术，也是通过在激光测量技术上演变而来的，所以三维激光扫描技术的原理也正是和激光测量技术大致相同，三维激光扫描技术也具备了较为完整的一个扫描系统，如图2-1所示，其组成部分为三维激光扫描仪主机、电源、储存点云数据的计算机、控制器、数据处理软件、三脚架以及其他相关设备，此系统采用了一种全新的空间数据信息采集方法汇合了多种高新的技术来实现作业。在作业时，首先由三维激光扫描仪的主机利用二极管向被测物体发射出激光脉冲信号，照射到被测物体时会在被测物体表面产生漫反射，此时通过发射回来的激光信号由主机里的探测器所接收，再由记录器所记录，最后通过主机的处理器将激光信号转化为我们可以识别并处理的三维数据，最终储存在计算机当中的数据是以“点云”的方式呈现给我们。“点云”即所有离散点的集合，是一个数据集，数据集当中的每一个点都代表着一组X、Y、Z几何坐标和一个强度值，根据物体表面的反射率记录返回信号的强度就称为强度值，最终把所有离散点的空间三维坐标组合在一起时，就形成了一个点云。
图2-1
2.2三维激光扫描技术的特点
与其他测量方式不同的是，三维激光扫描技术采用了全新的数据处理系统和独特的测量方式来绘制不同的建筑数据，三维激光扫描技术有下列几个特点：
(1)高精度、高分辨率性。三维激光扫描仪的数据采集方式有着不同的密度，采样的密度间隔最小可达1mm，其单点定位的精度高达2mm，一些中长距离的扫描仪达到了毫米级，有部分短距离的扫描仪甚至其精度可以达到亚毫米级，大幅度的提高了测量时的点位精度，这些都归功于扫描仪中精密的传感器。
(2)非接触的测量方式。三维激光扫描技术是通过激光信号的往返来间接的计算被测物体的三维空间数据，因此不需要借助其他的一些辅助测量工具，也无需与被测物体接触就可以获取被测物的数据，在一定程度上解决了对被测物体的损坏和测量人员的安全问题，也正因这一特性该技术也被广泛应用于珍贵的一些古建筑及文物保护当中。
(3)采样率高。因为是采用激光扫描的办法，在采集被测物体表面点云数据的时候，其扫描的速度甚至可达每秒一百万个点。
(4)主动性、实时性和直观性。测量时的激光是由仪器主动发射再接收反射而采集信息，扫描完成之后便可直接观看采集的点云数据，方便作业人员现场查看，如有遗漏可及时进行补测。
(5)兼容性强。三维激光扫描仪可配合无人机搭载外置相机以及GPS系统的使用，这无疑扩大了该技术的使用范围，并且获得的信息也更加丰富、准确。
(6)防护性强。市面上的很多三维激光扫描仪都配备了基本的防潮防抖动的性能，环境适应能力强等一系列特点。
2.3与传统测绘技术的区别
与传统的测量作业相比，三维激光扫描技术在许多方面都有着较大的优势，通过以下7个方面来对两者进行比较：
(1)在测量工具方面。传统的测量作业所使用的工具有卷尺、经纬仪、全站仪、棱镜、图纸、激光测距仪等，而三维激光扫描只需携带一台扫描仪即可。
(2)在测量方式方面。传统的测量作业需要与被测物体或建筑本身接触，还受到距离、视线以及光照的影响，测量现场还需要手工绘制图纸，而三维激光扫描采用全新的非接触式、远距离测量、只要能够在扫描时能够提供电源便可一直工作，无论白天和黑夜，并且不需要手绘图纸，可自动生成三维数据。
(3)在测量效率方面。传统的测量作业效率低，只能测量点与点之间的距离来获取数据，基本上1分钟才可采集一个点，而三维激光扫描仅在短时间之内便可实现单站的全景式扫描，扫描速度可达1百万点/秒。
(4)在测量精度方面。传统的测量作业受周围环境以及人为因素的干扰而影响测量数据的准确性，三维激光扫描仪在精度方面能够实现高精度的测量，甚至很多三维激光扫描仪的精度已经远远超过了全站仪的精度。
(5)在测量成果方面。传统的测量作业的测量成果大多是离散的单点，这就需要人工后期的处理，需要消耗大量的精力，而三维激光扫描的数据为点云，后期经过专用的软件便能处理。
(6)在测量灵活性方面。传统的测量作业只能通过三脚架架设测站进行测量，而三维激光扫描技术在搭配一些工具，例如三脚架、车载扫描、无人机载扫描能够适应各种环境下的测量。
(7)在测量安全性方面。传统的测量作业因为需要接触被测对象，很多时候被测对象处于边坡边界、采石区内、矿井等危险位置，无法保障施工测量人员的安全性，而三维激光扫描这种非接触式的测量可与被测对象保持远距离的测量，很大程度上保障了作业人员的安全性。
第3章内业处理软件及外业扫描仪介绍
3.1 Trimble Busine Center内业软件介绍
Trimble Business Center内业处理软件是一款具有功能强大的绘图数据管理软件，该软件具有灵活的操作内容、丰富的数据导入以及导出功能、强大的内业数据处理能力以及通道模块、优秀的项目数据可视化、强大的表面模型功能、编码测量、自动成图以及专业的成果报告等，并且还可配合TrimbleTX8激光扫描仪能够实现仪器与软件中的数据无需更改格式便可导入和导出，Trimble Business Center内业处理软件操作简单，提供了丰富实用的功能模块，涵盖了GNSS、全站仪和水准仪而采集得来的原始测量数据，还可配合无人机、移动测绘系统与三维激光扫描仪的数据载入，该软件还配置了全新的工具模块，能够让多种数据在该软件下实现处理，优化了内业数据处理的工作效率，经过Trimble Business Center软件所处理的数据还可上传至TBC所支持的一些程序当中即可实现数据共享，例如Trimble Connect、Trimble Claarity等。TrimbleBusinessCenter内业处理软件还能完成所有的测绘工作内业处理与施工CAD项目，例如工地数据QA/QC、平差和坐标几何、CAD和制图、表面和体积、通道、数据准备、预算和土方搬运、TrimbleVISION和航空摄影测量、扫描和点云、隧道、GIS、移动测绘、公用事业建模、钻孔、打桩和动态压实等工程项目，因其广泛的功能，所以该软件被应用于各类测绘、建筑等领域。
3.2 TrimbleTX8激光扫描仪介绍
本次论文所写的是花厂峪抗日战争纪念馆的1：1复原重建，在这个工程项目当中，所使用的仪器是天宝(Trimble)TX8激光扫描仪，该扫描仪的出现便在三维激光扫描行业设立了新的标准，天宝(Trimble)TX8激光扫描仪的设计初衷便是为多种典型的应用领域和多状况的环境而生产并投入使用，其典型应用场景和工程任务包括：工厂设计与工业测量、市政工程、测绘任务、采石采矿、施工建设、建筑设计、古建筑维护与修复、变形监测、质量控制、事故调查等多方面任务，而其特点主要是：扫描速度快达到了1百万点/秒，最小测程可达0.6m，最大测程在反射率较低(＜5%)的前提下是100m，在反射率较高(18%-90%)可达120m，再借助系统中的选项可升级测程，使得扩展测程可达340m，测程的增长可使我们在实施测量任务前考虑架设测站时减少测站数，这一选项的提供更是远超了业内一些普通扫描仪的平均水平，分辨率较高能够达到0.3″，激光等级是按照了国际电工委员会所发布的激光等级测试标准，属于国家一类安全激光，在准保精度的同时也保障了人眼的安全，即使在周围环境较为复杂的一些公众场所作业时也能保证安全，这依赖于天宝独特的Lightnin闪电专利技术，这一特性大大地提高了该扫描仪在各种环境与条件当中从事工程任务的灵巧性。天宝(Trimble)TX8激光扫描仪凭借着超高的扫描速度，它能够在保证测程的距离长度以及数据的高精准性时进行快速的测量，在完成一次简单的测量工程项目时，仅需3分钟便可为专业的三维激光扫描软件处理人员提供点云清晰、高密度、扫描细节丰富的高质量数据，这在保证了数据的齐全性和精确性的前提下，节省了我们作业人员在从事三维扫描任务时所需要花费的时间和精力，降低成本的同时提高了工作的效率。天宝(Trimble)TX8激光扫描仪用户操作界面直观，具有一键扫描的设计，在架设好仪器的同时省略了设置复杂参数的环节，并且该扫描仪还可以触摸显示屏来实现扫描任务，这为从事测量的作业人员的任务降低了难度使得测量任务变得简单而高效，由于该扫描仪可直接设置仅需获取高精度和高密度的三维数据，再配合上天宝研发的内业处理软件，天宝TBC(TrimbleBusinessCenter)以及天宝RealWorks当中先进的点云工具、表面建模和数据的分析管理工具，为作业人员提供全面地扫描解决方案，因此在一定程度上缩短了外业激光扫描以及内业数据处理的时间。
第4章三维激光扫描技术应用实例
4.1项目概况
本文所选的应用对象是位于河北省秦皇岛市青龙满族自治县花厂峪村的花厂峪抗日战争纪念馆，建成于1988年，该纪念馆是河北省爱国主义教育基地和国防教育基地。本次任务是利用三维激光扫描技术来对该纪念馆进行三维扫描来获取点云数据采集，并结合专业的软件绘制出该纪念馆的三维立体模型并依照所绘制出的三维模型来制作相关的建筑图纸，同时建立数字档案，最终依靠所建立的建筑图纸与三维立体模型来进行1：1的复原重建。
4.2外业数据采集
4.2.1实地踏勘
由于该纪念馆所处地理位置并不复杂，且范围较小，如图4-1所示，所以在保证三维激光扫描数据的完整性和最小限度控制误差的前提，我们需要从该纪念馆的不同角度来进行扫描，这能够使我们所采集的数据确保无误，因此需要提前前往实地踏勘，按照被测对象的面积大小和附件其他建筑物和树木的遮蔽状况，进行科学合理地布置在实际扫描时的站数与仪器所架设的地点，并布设控制点，这里为了得到该纪念馆的完整点云数据，再根据实际踏勘的结果调整后，仪器的架设地点也应当尽可能地去避免附件的树木和电杆等遮蔽物，保证在相邻的2个站扫描的区域有重叠的部分，也要保证扫描对象确保不会出现较大部分的缺失而耽误扫描的效率，根据现场的勘测情况，在确保能够获得完整的数据争取以最少的测站数来获得最佳的扫描效果。
图4-1
4.2.2控制测量
由于该项目在测量范围属于整体大范围测量，在精度方面属于高精度测量，因此需要对测区进行相应的控制测量，控制测量作为进行测绘作业的前提与基础，按照测绘作业任务所要求的精度，需要测定一定的控制点来创建测量控制网，来保证扫描仪的精度。本次对该纪念馆进行三维扫描前，对该纪念馆的房角进行了测量，如图4-2所示，以保证精度。
图4-2
4.2.3三维激光扫描
本文中所使用的扫描仪为天宝(Trimble)TX8激光扫描仪，在每次进行外业工作时都应该先将仪器准备好，在架设仪器扫描前时要对仪器进行检查，防止出现现场使用时无法工作的情况，相对应配套的电池也应该预备充足，避免在扫描时出现电量不足的情况而影响项目的作业进度，根据现场的情况，在预先设定好的测站架设扫描仪，为了能够获取完整的点云数据，所架设的位置应当尽量避免有遮挡物的阻拦，并且要保证仪器的架设位置是在扫描仪的有效距离之内，确保三维扫描仪在作业过程中是处于一个稳定的环境当中，尽量避免或减少因环境因素的破坏，在准备工作完成之后便能够进行扫描工作，通过不同的测站进行多方位的扫描，来获取在不同角度之下的点云数据，现场照片如图4-3所示，扫描过程中应当注意，在开始作业之后要保证扫描仪不被碰到而影响扫描数据。
图4-3
4.3点云数据处理
构建三维模型最基础以及最重要步骤便是点云的数据处理，其目的是通过对点云数据的拼接来使测量时多个测站的数据融合在一起。三维激光扫描仪在进行项目作业时，一般需要从多个角度架设测站才能对建筑物的整个主体进行扫描，在内业的数据处理步骤当中，需要将每一个测站的数据通过软件来拼接称为一个整体，这个数据的处理过程称为点云数据的拼接。点云数据的拼接主要方法有四种，分别是基于标靶的拼接、基于控制点的拼接、基于几何特征的拼接、基于ICP算法的拼接，本文采用的点云数据拼接的主要办法就是基于几何特征的拼接，选中这种方法来拼接点云时需要具备相应的条件，该条件既是在两个相邻的测站之间特征点云的区域需要具有一定重叠度，并且重叠区域的部分还需要具有比较明显的特征，例如台阶特征点、石柱特征点、房屋特征点、栅栏特征点、电线杆特征点等等。首先需要选取两处或者三处以上的一些几何特征，这些几何特征需要在点云中具有独特性质的几何特征一般包括点、线(直线或者曲线都可)、面(平面或者曲面都可)，前提是在选取这些几何特征时需要在两个相邻测站的重叠区域作选择，根据所选择的几何特征来计算两个测站之间的相互转换关系，从而来实现对点云的拼接。在本次所使用的Trimble Business Center内业处理软件之中，提供了自动与手动两种方式的点云拼接。
伴随着三维激光扫描技术的迅速发展和普及速度，在外业工作当中，对三维点云数据的采集变得越来越高效、简单、快速。由于点云本身所具有的特性，即数量大、分散程度高、精度高等一系列特性，所以每一次外业工作所采集的点云数量都非常的庞大，在面对这些大量的点云数据时，应该如何快速的分辨出我们所需要的点云以及提取点云所涵盖的信息，毋庸置疑，这时我们需要对点云进行分类，将我们在内业数据处理环节的操作难度尽可能的降低，点云分类既是对每一个点云赋予它一个标记，这样一来，庞大的点云数量就被分为了不同种类的点云。另外，三维数据处理其中一个至关重要的环节便是点云分类，其作用在很多方面都具有关键性的应用价值，例如三维重建、数字化建模、古建筑的重建、文物的保护，因为在测量的过程当中，由于一些无法避免的因素，例如噪声，树木或者除目标物以外的遮挡物这些都会对点云的采集产生影响，这也为点云的分类带来了一定的难度。
4.3.1基于几何特征的自动点云拼接
打开“Trimble Business Center处理软件”，在使用该软件时需要注意的是，在“Trimble Business Center处理软件”当中，点云格式支持以下几种：JXL/JOB、TDX、TZF、FLS、.e57、.las/.laz等格式。点击新建工程，将我们在外业使用TrimbleTX8激光扫描仪所得到的点云数据，该扫描仪所导出的点云数据格式为TZF可直接加载其软件之中，本文选用测站32如下图4-4(a)与测站35如下图4-4(b)的原始点云数据。
下图4-5为点云数据处理的菜单栏，点击菜单栏中的注册扫描选项，会在软件右边出现状态栏，选择基于平面，因为此处选择的是自动拼接，所以不用更改选项，直接点击自动注册即可完成拼接如下图4-6所示。完成拼接之后系统会自动生成一份拼接精度报告，如下图4-7所示，自动拼接的点云到点云的误差为0.009m。
4.3.2基于几何特征的手动点云拼接
打开“Trimble Business Center处理软件”，手动拼接与自动拼接的区别在于，手动拼接点云数据，需要人为的根据被测物体的几何特征进行选取比较明显的特征点，依靠人为选取的几何特征点来完成拼接，因与自动拼接所形成对比，手动拼接所采用的数据来源于自动拼接的数据为同一个，即测站32与测站35的原始点云数据。将两个点云数据加载在“Trimble Business Center处理软件”之中，选择点云数据处理菜单栏中的“注册扫描”选项，点击成对，这时会出现三个画面，一个参考站，一个移动测站，还有一个为注册结果，本文所选用测站32为参考站，测站35为移动测站，完成之后便可选择几何特征点，由于两个测站所显示的点云数据都扫描到了该纪念馆的正前门，如图4.8(a)与图4.8(b)这里所选取的几何特征点位台阶上的特征点。
在选择完几何特征点之后，在“Trimble Business Center处理软件”界面下方，注册结果栏便会生成拼接之后的点云数据如图4-9所示，在右侧可直接看到拼接后的点云到点云误差如图4-10所示为0.004m。
4.3.3点云分类
三维激光扫描技术在外业工作当中所获取的点云数据数量大且涵盖的信息量巨大，为减少后期内业数据量，并满足对点云数据分类的研究需要，这里所利用到的点云处理软件为“TrimbleBusinessCenter处理软件”。打开“TrimbleBusinessCenter处理软件”加载点云数据，在点云数据处理菜单栏中选择点云分类，然后选中我们所需要进行分类的点云数据，如图4-11所示。
根据外业所扫描的点云数据来确定需要进行分类的类别，这里包括：建筑物、地面、电线杆和标志、供电线路、高植被等，如图4-12所示。
在分类结果出来之后，还需要对点云分类的结果进行检查，对一些分类错误的点云数据进行删除。完成点云分类之后，我们可以直观的看出哪些部分是我们不需要的点云数据，便可进行选择性的删除，方便我们后期进行数据处理。打开“Trimble Business Center处理软件”将我们分类之后的点云数据加载进行，在左侧“工程管理器”当中选择点云区域，每选中一个区域，在视窗当中该部分区域便会变成黄色，我们根据项目的需要，将一些影响后期数据处理的点云数据进行删除，由图可以看出，在外业所扫描的点云区域当中，大部分的点云数据都是植被，我们可以对植被进行一定的删除，如图4-13所示，先选中高植被点云区域，右键选择删除，便可把选中的点云区域进行删除，以方便我们后期在对建筑物进行绘制的时候减少因植被而影响视线的因素，这一操作大大地减小了绘制建筑物时的误差，从而得出准确的建筑物图纸。
4.3.4“Trimble Business Center软件”导出数据
“Trimble Business Center处理软件”在完成数据处理部分之后，点击菜单栏中的“本地”选项，选择输出，在视图窗口右侧可以选择导出的文件格式，“Trimble Business Center处理软件”支持多种第三方文件类型的导出，包括点云、移动测绘、通道、GIS、测量、CAD、施工等，这里所选择的是“rcp”格式的文件类型导出，如图4-14所示，因为在AutoCAD2016绘图软件当中只支持该格式的点云数据导入。
4.4建筑图纸的绘制
在外业时所使用的三维激光扫描仪来获取的海量点云数据，经过一系列的点云数据处理步骤，在“Trimble Business Center处理软件”当中导出符合AutoCAD2016绘图软件可以打开的数据格式，这些通过扫描而获得的点云数据所涵盖的几何信息在与实物进行对比可以发现是完全一致的，按照相对适宜的比例，通过对点云数据上的一些特征点或者特征线，例如具有一些明显特征的点、线、面来绘制出该抗日战争纪念馆的立、平、剖面图，立、平、剖面图可以准确直观的体现出建筑物现状的结构特征以及真实的状态。
4.4.1绘制前的准备工作
这里将预先处理好的点云数据导入到AutoCAD2016绘图软件当中，打开AutoCAD2016绘图软件，点击开始绘制新建一个文档，在菜单栏中选择“插入”选项，选择“附着”如图4.15所示，该选项可以将我们在“Trimble Business Center处理软件”当中处理完的数据即格式为“rcp”的文件直接加载在AutoCAD2016绘图软件当中进行操作，首先根据点云数据的颜色来判断是否需要进行着色选项，如果加载进去的点云数据没有颜色或颜色难以区分，这里便可在选中点云的情况下点击菜单栏当中的“扫描颜色”选项选择“强度”如图4-16所示，这时我们所加载进去的点云数据进行了颜色样式化。
然后在右上角的视窗当中新建一个UCS，UCS即是在AutoCAD2016绘图软件当中为了视图的调整，需要在数据当中重新建立一个新的参考坐标系，重新在视图当中设置一个新的坐标原点，然后选择其他轴向，如图4-17(a)(b)所示，简称为用户坐标系，每次画不同的面时，都需要重新定义的全新的坐标系，这也方便了用户需要在不同的面上的操作性。
在选择好了坐标系后，由于绘制的每个面不一样，所以需要根据绘制的不同面，来进行截取图形，以选取最优的视角来进行绘制，选中点云数据，在菜单栏中选择“矩形”选项，根据绘制的不同面来截取图形，如图4-18(a)(b)所示。裁剪之后可以在右上角的坐标系当中选择上、下、左、右、前、后不同的视角来进行观察，这里需要注意的是，当裁剪完后需要检查所对应的坐标轴是否正确，在CAD当中只能在X、Y轴下来进行绘制图形，如果坐标轴不正确，在菜单栏中选择“三维工具”选项，在“坐标”选项当中选择绕X轴旋转用户坐标系或者绕Y轴旋转用户坐标系，直至旋转到X、Y的平面上，便可进行作图。
4.4.2立面图
在以房屋立面所平行的投影面上依照我们视线所正对着方向该所作出的正射投影图便是建筑立面图，简称立面图，立面图所反映的是建筑物外貌特征比较显著的一面，也在一定程度上决定了建筑物的美观程度。本文所绘制出的立面图是依照三维激光扫描后经过预处理的点云数据，如图4-19(a)便是初始在AutoCAD2016绘图软件当中加载后的该抗日纪念馆的原始数据，参照所加载的点云数据来提取点云轮廓的特征点和特征线，并对特征点、线进行优化进而得出该抗日纪念馆的立面图，如图4.19(b)与图4.19(c)所示。
4.4.3平面图
按照铅垂线的方向把建筑物投影到平面上，并按照一定的比例进行缩放而组成的相似图形，即为平面图，建筑平面图它主要的作用就是可以反映建筑物的平面现状和大小以及建筑物的布置，如图4-20(a)便是初始在AutoCAD2016绘图软件当中加载后的该抗日纪念馆的原始数据，经过依照点云数据而绘制出了该抗日纪念馆的平面图，如图4.20
4.4.4剖面图
剖面图是对建筑物从一定的方面所看过去进行剖切来展示内部的构造图例，剖面图又被称为剖切图，剖面图可以在一定程度上对设计人员的思想和意图所表达出来，使观看者能够清晰明了地了解建筑物的概况或者建筑物局部明显特征的表达，在对剖切面进行选择时，应注意两点，首先是剖切面是平行于投影面外的，其次所选的投影面还应经过建筑物具有代表性的位置。如图4-21(a)便是初始在AutoCAD2016绘图软件当中加载后的该抗日纪念馆的原始数据，经过依照点云数据而绘制出了该抗日纪念馆的剖面图，如图4-21(b)所示。
第5章结论与展望
5.1结论
三维激光扫描技术作为现如今测绘行业在施行测量任务时的一种全新的技术手段，该技术的出现被广泛的应用于建筑测量当中，对建筑测量这一行业赋予了划时代的意义，三维激光扫描技术也被称为是为建筑测量而量身打造的一项技术，本文对该技术在以花厂峪抗日战争纪念观为例，对建筑测量当中的应用进行了深层次的钻研和探讨，
并对所研究的内容进行了逐一阐述。本文所研究的主要内容有：首先是三维激光扫描技术的出现对测绘行业带来的影响，其次是三维激光扫描技术以及扫描仪在国内外的发展现状，对比了不同厂家所生产制造的代表仪器以及每种仪器它们各自的特点，也认识到了国内的三维激光扫描技术相比较国外而言，在很多方面都有着些许的差距，然后介绍了本文引用的例子所使用的仪器，并阐述了该仪器在市面上所领先于其他仪器的特点，最后通过以花厂峪抗日战争纪念馆为例，以三维激光扫描技术所采集了该纪念馆的内外部点云数据，从所得的点云数据之中，选取了两个测站的数据在“Trimble Business Center处理软件”之中来进行了点云的自动与手动拼接作对比，通过扫描仪采集而得的点云数据，配合AutoCAD2016绘图软件来制作出了该抗日纪念馆的立、平、剖面图，来完成后续的三维激光扫描技术内业处理步骤，为该纪念馆的复原重建提供了极其重要的基础性数据。三维激光扫描技术的应用涉及了很多个领域，该技术与传统的测量方式所采集的数据相比，其分辨率高、速度快、非接触等一系列特点为实施测量任务不仅节约了时间与精力，还提高了外业的生产率，方便了作业人员操作的同时还保障了自身的安全。
5.2展望
本文对三维激光扫描技术在建筑测量中的一部分内容进行了研究，将其应用于建筑测量当中，可以在建筑物的保护以及修复方面，对建筑物进行数字化的存档方面，为建筑物的保护提供了永久性的资料方面都提供了便捷，快速的办法。经过本文的一系列研究，虽取得了一定的结果，但仍有一些不足之处，需要进行深入的探讨和钻研。首先是在点云数据的拼接方面，点云数据拼接的处理办法一共有四种，本文只是在基于特征点拼接方法上作了研究，该方法是否在这四种方法之中误差最小，拼接精度最高，有待后续研究；其次对于建筑物的平、立、剖面图能否通过建筑物特征进行自动提取，提高数据处理的效率，减少因人为绘制而产生的误差，还有待研究；最后对于三维激光扫描技术在生成建筑模型方面还有待进一步的研究。
致谢
行文于此，落笔为终，已经写到了论文的最后一章节，首先我要特别感谢我的论文导师，十分感谢您从繁忙的工作日程中抽出时间，在我论文的每一个环节当中都及时给予我帮助，从开始的选题、构思到开题报告以及多次认真的审阅和耐心的指导才能使我的论文不断地完善，本文才能得以成型，这些都多亏了老师的辛勤指导和教诲。此外，还要感谢各位授课老师的照顾，使我能够度过受益匪浅的大学时光，饮其流者怀其源，学其成时念吾师，再次衷心地感谢老师和所有老师的谆谆教诲。其次，感恩父母二十余载的关怀，做我的避风港，除我后顾之忧，予我暖衣饱食，祝愿我的家人身体健康，平安喜乐；感谢我的同学，无论是探讨人生哲理还是日常闲聊都给予了我很多的能量，陪伴了我度过的校园生活，愿我的同学们此去都能前程似锦，再相逢依然如故。长风破浪会有时，直挂云帆济沧海，感谢不曾放弃的自己，始终坚信学无止境，愿不忘初心成长为自己理想的模样。山水一程，三生有幸，韶光易逝，终有别时！永远年轻，永远热泪盈眶！
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