街道立面项目应用方案

1、地面三维激光技术在街道建筑中的项目应用方案南方测绘三维激光事业部2018年4月3日目录1. 概要2. 工程概况 2.1项目基本概况 2.2工作内容及工作计划 2.2-1数据采集 2.2-2数据生成 2.2-3工作计划3.仪器型号和参数4.现场数据采集5.内业数据处理流程 5.1点云数据处理 5.1-1点云数据预处理 5.1-2基于云际拼接 5.1-3去除噪点 5.1-4附加点云材质 5.1-5优化点云 5.1-6点云导出 5.2立面图绘制 5.2-1导入点云数据 5.2-2坐标转换 5.2-3立面图绘制 5.2-4标注6. 成果提交1.摘要 支歧石街、小通巷、实业街、泡桐树街位于四川省成都市青

2、羊区，根据甲方要求，广州南方测绘科技股份有限公司对成都市支歧石街、小通巷、实业街、泡桐树街道路房屋进行三维激光测量，并对道路房屋进行立面图绘制。广州南方测绘科技股份有限公司使用FARO Focus 3D X 330扫描仪对道路两侧房屋以及地形地物进行了测量工作，提供高精度三维点云数据与各向立面图等成果。2.工程概况2.1项目基本概况作为工程项目，对支歧石街、小通巷、实业街、泡桐树街道路房屋进行三维扫描，并进行立面图绘制。利用三维激光扫描技术，提高项目质量与效率，对测区目标进行高精度扫描，以高品质的三维实景点云数据绘制立面图还原街道实景；并汇编技术方案，为今后类似项目提供可靠的技术依据，提高客户

3、在三维激光扫描领域的应用水平。本次建筑测绘的区域是支歧石街、小通巷、实业街、泡桐树街等4街道道路房屋及地形地物，详情看街区平面布置图如图1。图1 街区平面布置图2.2工作内容及工作计划2.2-1数据采集 使用FARO Focus 3D X 330三维激光扫描仪，对街道房屋进行三维扫描，得到测区完整，高精度的三维点云数据。2.2-2数据生成 获取测区完整的三维激光点云数据 绘制完整测区道路房屋平面图、立面图2.2-3工作计划 现场提供1台FARO-focus 3D-330三维激光扫描仪进行三维激光扫描作业，包括建立测区控制点基准网，获取测区完整的三维激光点云数据，需要4-6天。(1) 内业提供4

4、台DELL 工作站电脑进行点云数据处理（包括点云数据预处理拼接去除噪点附加点云材质优化点云点云导出）；4台DELL 工作站电脑进行道路房屋立面图、平面图（包括导入点云数据坐标转换立面图绘制标注），需要10-14天。3.仪器型号和参数使用设备：FARO Focus3D X330 FARO Focus3D X 330 是美国 FARO 公司在 2013 年 10 月推出的最新款的激光扫描仪，也是全世界重量最轻、体积最小巧的三维激光扫描仪。Focus3D X 330 的测量范围几乎是先前型号的三倍，能够在阳光直射下扫描最远距离为330 米，是全世界相位式激光扫描仪中测程最远的三维激光扫描仪。利用集成

5、的 GPS 接收器，这款激光扫描仪能够使各次扫描与后处理相互关联，使其成为测量型应用的理想选择。此外，Focus3D X 330 还提高了测量精度并降低了噪音，能够创建具有真实照片风格的三维模型。这些性能上的改进并没有以牺牲安全性为代价，因为 Focus3D X 330 采用了安全等级为 1 级的“人眼安全型”激光。“其最轻的重量、小巧的体积、触摸屏、SD 卡和 4.5 小时的电池使用时间使 Focus3D X 330 无可匹敌且方便易用”。凭借更高的精度和更大的范围，Focus3D X 330 极大地简化了测量和后处理工作。三维扫描数据可被轻松地导入所有常用的事故重现、结构、土木工程、建筑、

6、法医鉴定、工业制造和土地测量软件解决方案。因此，它能够快速、精确且可靠地完成距离尺寸、面积和体积的计算、分析和检测任务以及建档工作。4.现场数据采集扫描工作准备如下： 1.FARO X330相位式扫描仪 1台 2.三角支架 1个 3.扫描工程师 2人根据道路房屋方位，选择扫描站点摆设的方式为并排覆盖式，纵横站点间隔10到15米，对整个测区构建10-15米的扫描方格网，扫描参数设置为：分辨率为1/8，质量4X，10米处扫描点间距为7mm，确保数据的完整性和准确性，每站作业时间约6分钟，整个测区外业完成用时5天，扫描共计676站。5.内业数据处理流程5.1点云数据处理5.1-1点云预处理导入扫描数

7、据并初步解压完成之后，首先进行拼接。拼接方式有两种，基于对应目标标识物以及基于公共点云区域。5.1-2拼接（1）基于云际拼接使用云对云注册的前提条件是扫描站直接的大致位置相近，例如使用对应视图、基于俯视图的拼接或在基于传感器数据（GPS,罗盘）的拼接之后图例二次抽样对点云进行二次抽样，产生精度更高的拼接结果最大迭代次数使算法能够找到最佳方案的最大迭代次数。次数越多，结果越精确 最大搜索距离 扫描计算点的最大搜索距离（2） 常规设置常规选项卡包含在扫描项目或群集中拼接扫描时有效的所有设置图例使用传感器选择拼接时使用哪些传感器自动群集SCENE可能找不到扫描项目中所有扫描之间的空间关系，因而相互之

8、间只能拼接扫描组。拼接可从内部识别哪些扫描能正确注册，哪些不能。所有正确拼接的扫描组将自动排列在相应的子群集中（名为 Cluster1、Cluster2 等）。如果是单个扫描组，则此选项不勾 （3） 拼接结果Scene提供了拼接报告，有助于使用者了解拼接精度的数值与来源（4） 拼接结果报告在扫描文件夹或群集中布置扫描时，将自动创建扫描管理器图例名称 扫描管理器的名称管理者 扫描管理器管理者的名称 子管理器 子扫描管理器的列表已用设置按钮 单击已用设置按钮，检查是哪个类型的拼接和设置产生了此结果获取 单击获取按钮，可在更改某些设置后，或在扫描管理器仍旧打开时执行另一注册后，返回旧值应用 单击应用

9、按钮，可应用在对话框中所做的更改 扫描管理器还会给出是否使用了外部参考进行注册的信息扫描管理器旁边的交通信号灯指示其扫描拟合良好还是失败。如果扫描管理器旁边的交通信号灯为红色，则表示该扫描管理器包含不合格的扫描拟合。绿色表示符合所有的质量标准。黄色表明至少有一站数据拼接精度不够。如果在扫描管理器或扫描拟合旁边有 符号，则表示该拼接因为诸如缺少参考等原因而无法执行（5） 扫描结果 扫描结果提供由扫描管理器管理的所有扫描拟合的列表，并且显示每个拼接的具体数值。这也通过交通信号灯来表示。双击列表中的拟合对象将打开属性对话框。每个拼接的平均平衡在该表的第二列中进行计算：值越低，拼接结果越好。通过该表可

10、以轻松查看哪些拼接失败，哪些拼接结果不合格。要找出导致不合格拟合的重要参考对，可以切换到目标应力选项卡。 如果结果令人不满意，可以选择对应视图或对应快速视图以修改扫描站位置或重新标示标识物图例对应视图查看所有扫描站的对应视图对应拆分视图以快速视图方式查看站点之间的标识物（6） 扫描点应力显示扫描站具体的拼接结果值以及详细信息图例整体统计： 平均 所有扫描站拼接误差的的平均值<4 mm <4mm 点平均值（以百分比显示）重叠 显示站点之间扫描重叠的扫描点数（以百分比显示）。 已用点数 显示已用于统计计算的扫描点数。 详细信息 以图表的方式显示拼接结果图例5.1-3去除噪点光点云扫描是

11、进行了数百万次测量的结果，正如任何其他测量一样，它达到了多种不同等级的精度。不可能真正做出准确的物理测量，对于不同物体不同环境都可能对扫描的精度造成影响。例如激光光束扫描到空气中的灰尘或颗粒，反射回来，即使打开的仪器的Clear Contour 和 Clear Sky 过滤器，也不可能完全的删除这些噪点。所以还需要手动的通过软件进行删除 过滤扫描点可使用的过滤器有以下几种：离群 删除稀疏边缘的扫描点。栅格尺寸指行列的数值排比，若是3，则以3行3列的方格形式计算。方格之间的距离小于距离阀值，则将此扫描点计算在内。如果周围区域中的分配阈值显示的扫描点百分比也在此距离阈值内（最低条件），也就是在3行

12、3列9个点中至少有4个点，则将在扫描中保留此扫描点。否则将被删除离群效果基于距离 删除距离扫描仪一定范围内的扫描点 深色扫描点 删除带有过大噪音的扫描点。深色扫描点过滤器有一条非常简单的标准：选择过程基于深色点的反射值。反射系数阈值的值表示扫描点必须具有的最小反射值。因为使用深色扫描点，进入扫描仪的光线量极少，因此测量噪音会增加，因此也就便于软件识别噪音点。此过滤方式只能在灰度模式下进行，不适用于彩色模式平滑 最小化表面噪音。平滑过滤器使用周围区域的平均值来替代扫描点的测量值。栅格尺寸指示用于计算平均值的周围区域的尺寸。距离阈值是用于计算平均值的阈值。如果中央扫描点和周围区域的扫描点之间的距离

13、超过该阈值，则在计算平均值时不会使用此扫描点。平滑过滤器不会删除扫描点，而只会改变其各自的位置，使其表面光滑。平滑过滤器非常适用于减少扫描噪音，但不应将此方式用于极其精细的对象，因为在平滑过程中，会使对象的某些特征融入到周围的扫描点中，造成扫描对象的不精确测量值平滑效果可在整个扫描中或选定的部分中应用过滤器。要将过滤器应用到整个扫描，请打开扫描的上下文菜单（在结构视图、平面视图或快速视图中）。然后，在“操作”“过滤器”下选择所需的过滤器。使用相同的过程将过滤器应用到选择中：通过右键单击选定区域打开选择的上下文菜单。 过滤器启动后，会在状态栏中显示更正或删除的扫描点数。然后，必须保存扫描以保留过

14、滤器设置如果要将一系列过滤器应用到整个扫描或一次性应用到多个扫描，不必单独应用这些过滤器。此操作中，可在批处理模式中使用预处理扫描选项来完成第一次加载扫描时，会将一组预定义的过滤器（深色扫描点过滤器和离群点过滤器）应用到扫描。可以在工具 选项 缺省过滤器下关闭缺省过滤器和更改缺省过滤器设置。如果目标搜索拼接没有得到满意的结果，则关闭缺省过滤器可能会有所帮助手动删除噪点 由于扫描仪是扇形发射激光点，对于远处的边缘点以及稀疏的点，多余的点，软件默认是常规数据，此时需要进行手动删除。拼接完成之后，打开三维视图，在俯视图和侧视图分别使用多边形选择器选择删除。删除之后执行保存才能显示实时点云 使用裁剪框

15、 剪切框可方便地选取感兴趣的三维点云区域。剪切框可切断点云，剪除某些特定区域，显示或隐藏三维点云中的某些点，便于导出和查看 未使用裁剪框 使用裁剪框5.1-4附加点云材质扫描点云除了包含距离信息，还包含反射率，RGB色彩。在扫描过程中，可关闭或打开彩色扫描，以决定是否获取扫描物体颜色信息。若没有获取扫描物体颜色信息，则可以以灰度形式显示，也可以以其他方式摄取的数字图片叠加到扫描点云上显示使扫描文件夹中的所有扫描变成彩色 在结构窗口中，右键单击扫描文件夹，然后选择“操作” 颜色/图片” 应用图片”。此外，也可在批处理模式中使用预处理扫描选项来完成图例5.1-5优化点云扫描得到的产品外型数据会不可

16、避免的引入数据误差，尤其是尖锐边和边界附近的测量数据，测量数据中的坏点，可能使该点及其周围的曲面片偏离原曲面，所以要对原始点云数据应进行预处理，通常要经过以下步骤：去掉噪音点，常用的检查方法是将点云显示在图形终端上，或者生成曲线曲面，采用半交互半自动的光顺方法对点云数据进行检查调整。数据插补，对于一些三维扫描仪扫描不到的区域，其数据只能通过数据插补的方法来补齐，这里要考虑两种曲面造型技术，基于点-样条的曲面反求造型和基于点的曲面拟合技术。 数据平滑，数据平滑的目的是为了消除噪音点，得到精确的模型和良好的特征提取效果，采用平滑法处理方法，应力求保持待求参数所能提供的信息不变。数据光顺，光顺泛指光

17、滑、顺眼，但由于精度的要求，不允许对测量的数据点施加过大的修改量来满足光顺的要求，另一方面由于实物边界曲面的多样性，边界上的某些特征点（边界折拐点）必须予以保留，而不能被视为“坏点”。5.1-6点云导出（1） 创建项目点云项目点云通常是根据项目中已完成预处理、着色和注册的单个扫描进行创建的。（创建项目点云可能极其耗时，具体取决于项目的大小、点过滤操作的选择以及计算机的处理能力） 在“SCANS”右击，选择“操作”“点云工具”“创建扫描点云 ”生成的点云的大小大约为扫描文件的二至四倍。SCENE 将在创建点云时创建大量的临时数据，这些数据在点云成功建立后将被删除。创建点云过程中临时数据所需的空间

18、最高可达原扫描数据大小的七倍。临时数据的实际数量和项目点云的尺寸在很大程度上取决于点数据本身，因而无法事先准确预测。创建项目点云时请确保目标硬盘驱动器（扫描项目所在位置）和临时数据文件夹具有足够的自由空间。可在项目点云设置中更改临时数据文件夹（2） 点云导出格式 按要求选择文件格式。可使用以下格式：E57、VRML、DXF、XYZ 文本、XYZ 二进制、IGES、PTS、PTX 和 POD (Pointools)。某些文件格式支持更多设置。此处我们导出的格式为PTS文件名 要创建文件的名称和位置完整扫描 导出整个扫描选择 导出选择完整扫描和选择仅在从树或点选择中导出时可用子样本 - 由于即使很

19、小的扫描选择都可包含大量扫描点，因此有必要减少导出的扫描点或降低其密度。通过每隔两个、三个.行或列上的扫描点进行导出来降低密度。因此，是根据平面视图或快速视图中扫描点的排列来降低密度的行 通过降低行密度进行减少列 通过降低列密度进行减少使用值 1，则每隔一列/一行导出一次，使用值 2，则每隔两列/两行导出一次，依此类推。例如，如果在两个字段中都输入值 10，则列数和行数都会减少为原来的十分之一，因此扫描点会减至原来的百分之一。最小距离 导出扫描点与扫描仪间允许的最小距离。不导出距离更近的扫描点。最大距离 导出扫描点与扫描仪间允许的最大距离。不导出距离更远的扫描点色彩和灰度 导出每个扫描点的 R

20、GB 和灰度（密度）值（如可用）。E57、XYZ 文本、POD、PTX 和 PTS 格式下启用此功能。为导出这两个数值，将会先卸载扫描然后重新加载这两个数值。导出完成后，将再次卸载扫描并恢复初始的扫描状态。 使用本地坐标 - 启用以导出现有剪切框的本地坐标系统中的点。从下拉列表选择剪切框。此选项仅在导出扫描点云或扫描点云的点和工作区中至少有一个剪切框时可用。导出扫描点时不可用5.2立面图绘制5.2-1导入点云数据（1）下载CAD 2014版,正常安装(CAD2014或以上版本支持点云数据)安装完成之后,CAD 2014会附带有”Autodesk ReCap “插件，(在Autodesk官网也可以单独下载此插件).这个插