摘要：基于三维激光扫描技术对提高建筑物的测绘水平有积极作用，而且，具有速度快、精度高、非接触等特性，在数字化城市、变形监测、三维重建等领域有广泛的应用。因此，利用三维激光扫描对建筑物进行实体扫描，通过车载镜头对实景进行全景照片采集，并对点云数据进行处理，通过数据去噪、分割、分类处理，对建筑物特征进行提取，实现单体化自动建模，提高三维激光扫描的综合建模与信息处理水平。

关键词：三维激光扫描;建筑物;三维建模

基于三维激光扫描技术的应用，可对建筑物的结构、力学性能等方面进行模拟与分析，通过扫描数据分析，可提高建筑物的数据处理水平。由于建筑物特点存在一定的差异性，所以，通过发射激光光源可获得建筑物的三维信息，实现建筑物的数字化水平提升[1]。三维激光扫描技术的应用，可对数据信息进行处理，具有主动性、速度快、精度高、数字化等特点，通过点云数据处理的过程，实现建筑物的三维重建分析与处理，因此实现建筑物的综合技术水平提升。

1.三维激光扫描原理分析

三维激光扫描技术是利用自动发射激光光源，快速获取高精度点位信息，达到精准测绘的目的。三维坐标数据采集与处理过程中，扫描仪通过激光发射器发射激光信号，激光信号可以通过被测物体表面，利用漫反射与发射基本相同的路徑反射到接收器，结合反射信息数据，可以计算出两点之间的距离，可以同步测算激光脉冲地横向扫描角、纵向扫描角，根据距离以及横向、纵向的扫描角可以计算出建筑物的坐标数据[2]。

2.三维激光扫描数据在建筑物三维建模中的应用流程

2.1数据获取

三维扫描技术在实际应用中，布设控制网并进行测量，本次选择办公楼为研究对象，对办公楼进行一体式扫描，其中包含外业数据获取以及内业数据处理。建立4个控制点，并建立闭合环形控制网，通过坐标测量，获得建筑物平面标靶的三维坐标，达到全方位扫描的目的。在实际扫描与处理的过程中，利用自由设站的方式，保证两个站点之间有一定的重叠区域，在减少测站数的前提下，降低后期的拼接误差，从而获得建筑物的扫描数据[3]。

2.2数据预处理

获取数据后，利用点云数据处理软件，点云数据编辑、拼接、合并以及三维空间量测等进行处理，完成对点云数据的处理分析。考虑到激光扫描对空间信息采集具有一定的盲目性，所以，分析数据的离散型，对离散点的点云数据进行建模分析与处理，可实现数据统计与信息预处理分析。设置初始配准后的两片点云数据，表达方式如下：

初始配准后匹配点的对数组如下：

精细化配准的过程汇总，具体操作流程如下：

（1）构建参与ICP算法的两个初始点集，分别以P、X来表示，并设定阈值为0。

（2）初始化P=0，K=0。

（3）对每个点进行计算，并对数据集合进行操作与处理。

（4）计算R、T，并对P进行变换，在迭代转换与计算的基础上，获得精细配准参数。

在实际扫描与处理的过程中，每个测量点都进行整平，保证垂直方向的每个扫描面点的平行，通过配准点对目标点进行拼接。在扫描与处理的过程中，扫描站数量为10个，通过点云数据的初始配准，可对点云数据进行计算处理，完善三维模型的表面数据统计与分析。通过点云配准误差控制，可实现点云配准控制效果提升。

2.3点云分类及去噪

点云数据分类中，利用地理坐标工具进行转换。在扫描处理中，由于建筑物周边存在树木、路灯以及行人等遮挡物，点云数据极容易出现重叠的情况，可以通过点云分割的方式进行去除。点云数据的分类处理，可提取建筑物的点云数据，并对点云数据进行统计与分析。在数据采集与处理的过程中，受环境因素的影响，点云数据会存在噪声的情况，而且，点云数据还包含异常点，对点云数据的精度会产生直接的影响。对噪声进行放大处理，并去除外孤点，达到去除点云数据噪声的目的。三维激光扫描技术应用视角下的点云数据分类与去噪处理过程，则是在扫描数据处理的前提下，优化去噪过程，提高扫描精准度。

2.4模型搭建

结合点云数据建模过程，通过对点云数据进行预处理、去噪分析处理后，针对不同类别的建模方法，对地面点、非地面点进行建模分析与处理，提高数据整合与数据分析水平。扫描仪采集点云数据的过程中，可对目标物表面信息进行采样处理，并对目标物的特征进行整体分析，获得三维表面信息，并建立三维模型。利用点云数据，建立三角网格。通过点云数据进行统一采样，并对点云数据进行综合处理，降低点云数量，方便后期的数据处理。将预处理的点云数据进行封装处理，并生成三角格网，由于局部数据缺失的问题，封装后的数据后出现孔洞、褶皱等，通过填充孔达到消除这一现象的目的，促使表面具有一定的光滑性。在此基础上，通过精细曲面对三维模型进行优化，利用裁剪以及便捷命令进行处理达到特征提取的目的。

2.5模型自动贴图与提取

扫描点云是利用车载镜头收集点云数据后，通过三维建模的方式，自动进行贴图处理。为避免出现图像数据缺失的情况，通过点云反射率图像特征点进行匹配，获得三维图像的空间坐标点后，采用直线性变换的方式，完成自动贴图。对特征提取中，考虑到点云数据特征，可对每个格网单元中Z值的数据点进行统计与模拟分析，并通过图像数据处理分析，完成三维扫描数据统计与自动生成图像。

3.三维建模扫描数据的精度分析

在进行扫描处理与分析中，点位精度的差值与平面误差、高程误差等有直接的关系。所以，通过点云去噪、孔洞填补后，可对点云数据的误差进行计算，其中，平面误差控制在4mm以内，高程误差控制在2mm以内，以此满足建筑物的三维模型构件的应用需求。

结论

点云数据的三维建模处理过程中，包含点云数据的配准、去噪、分类等，以此实现三维模型的重建，并达到特征提取的目的。利用三维激光扫描建筑物，尽可能地避免遮蔽、重叠等情况的出现，在三维建模的过程中，针对点云数据进行修补的，在特征线区域与数据处理的基础上，提高三维建模速度，将很大程度上减少人工三维数据的获取及其建模的工作量，将有广阔的应用前景。

参考文献

[1]周聪.基于三维激光扫描技术的建模在建筑物竣工测绘中的应用[J].住宅产业，2021（07）：78-81.

[2]李京，刘亚静，刘明月.基于激光点云数据的震后建筑物三维可视化建模[J].华北理工大学学报（自然科学版），2021，43（02）：24-29.

[3]姚习红，周业梅，加松，赵玮.基于三维激光扫描的建筑物逆向建模实现方法及应用[J].工业建筑，2020，50（03）：178-181+189.

作者简介：姓名：聂丽艳（1983.06.29-）女，汉，河北省栾城县，测绘工程师，本科，单位：河北天元地理信息科技工程有限公司，研究方向：测绘、地理信息、给排水管道检测，单位所在省市及邮编：河北省三河市燕郊经济技术开发区，065201