第33卷第8期2019年8月北京测绘
Beijing Surveying and Mapping Vol. 33 No. 8August 2019
引文格式：石信肖，胡重戎，李国远，等.基于点云的建筑物立面图快速绘制［J #.北京测绘，2019,33(8):899902. DOI ：10. 19580/j. cnki. 1007-3000. 2019. 08. 008
基于点云的建筑物立面图快速绘制
石信肖1胡重戎1
李国远1郭瑞2
(1.山东科技大学 测绘科学与工程学院，山东 青岛266590；2.山东汇友市政园林集团有限公司，山东 济南250000)
［摘要# 随着三维激光扫描技术的成熟，借助点云数据获取建筑物信息已成重要方法。建筑物立面 测量是城市规划中的重要工程，传统测量方式有着种种问题。本文引入三维激光扫描仪，通过分析现有 点云 数据，研究了建筑物立面图绘制过程。借助多软件平台联合作业，提出了一种快速绘制建筑物立面图的方
法。并借助实验数据验证其可行性，同时借助该方法获取的建筑物立面图后续可应用于城市规划、三维数字 城市建设。
［关键词# 地面激光扫描；建筑物点云；正射影像图；建筑物立面图
［中图分类号# P258
［文献标识码# A ［文章编号# 1007 — 3000(2019)08 — 0899 — 4
0引言
近年来，随着数字城市、数字地球及虚拟现 实等新技术新名词的出现，人们对于建筑物信息
的获取不再局限于二维平面，愈发的需要空间三 维信息。建筑物模型的重建，在数字城市、文物
修复等方面都有着重要的应用。同时借助建筑
物的正立面图、侧立面图等多维角度才能更好 地获取完整的建筑物详细信息。全站仪测量, 人工绘制
草图，最后根据特征点手动绘制建筑
物立面信息图是以往常用的测量手段「门。这些
手段能够获取简单建筑物信息，对于复杂的大 型建筑物难以测量，精度也无法保证「2#。三维 激光扫描技术是一种非接触式高速激光扫描测
量，可以在短时间内大量获取建筑物信息「3#。 同时鉴于该技术的高效性，非接触性，获取的点 云数据精度高密度大，在建筑物测量、文物测量
都有着重要应用。
1技术依据
由于技术水平的限制，早期的建筑物场景
信息获取的方式主要是全站仪、近景摄影测量等
方法。全站仪单点作业，时效性不能保障，对于
摄影测量虽能较为快速获取建筑物三维信息但
在后续处理、数据精度上都难以保证。三维激光
扫描技术具有高精度、高密度、高速度与非接触 式等特性 !能 快 速 、 有 效 地 获 取 高 密 度 的 激 光 点 云，基于激光点云的重建技术能准确、快速地恢 复出建筑物的几何模型。本文借助Trimble TX8
三维激光扫描仪，在Trimble Realworks 以及 AutoCAD 软 件 平 台 上 联 合 作 业 绘 制 建 筑 物 立
面图「4「
2建筑物立面测量
基于工程规范要求，拟定了立面测量技术路 线，如图1所示。
图1立面测量技术路线
［收稿日期# 2019—01—30
［作者简介#石信肖(1994 —)，男，山东济宁人，硕士在读，研究方向为三维激光扫描相关技术。
E-mail : 864769587@qq.
com
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2.1点云数据获取
本次外业数据数据采集采用固定站式地面三维激光扫描仪，为了保证拼接精度采用步进式扫描方法，
两站之间的点云数据采用仪器专配的目标球进行拼接在设站时，扫描应视野开阔、地面稳定、注意行人、汽车等外物遮挡问题）同时由于扫描对象为高层筑物，在测量时注意仪器与被扫描物的距离，以保证在仪器仰角范围内能够完整获取建筑物立面点云数据⑻。其扫描示意图如图2所示。
2.2点云数据处理
点云数据处理的过程大致分为配准、去噪、精简、分割等过程。本次点云数据处理采用Trimble Realworks软件，首先将软件配置在配准模式下。为确保每一站均可提取3个以上目标球，在配准阶段采用自提靶标和手动提取靶标相结合的方式进行配准）
本次点云采集地点位于街区，对于巷道树，行人以及其他城市附属物要去除。借助点云分类功能，只需要区分建筑物以及其他即可，最终保留建筑物。
处理后的建筑物点云含有许多冗余点和噪声点，采用中值滤波算法，保持良好的点云数据边缘细节，合理选择适合的滤波算法去除冗余点和噪声点。
最后采用体素网格采样的方法精简点云，这样在保留建筑物特征的基础上有效的降低点云数量。
2.3建筑物正射影像图制作
该操作仍在Trimble Realworks软件下进行只需要将软件切换为分析与建模模块。由点云制作正射影像图大致分为点云分割和点云输出影像图两个部分。
先按照建筑物位置关系，将整体点云分割为独栋建筑物。在制作正射影像图时，需要分别对建筑物的4个面依次处理，故提前将独栋的建筑物分别裁剪出前后左右四个的点云数据并保存。
对于处理好的单面建筑物点云，首先定义合适的投影面。为了确保投影面能与点云数据平行，借助点云数据采用三点定义投影面的方式。然后再根据点云大小，调整框选尺寸尽可能的将所有点云包裹在内。第三步为定义图像分辨率。对于规则建筑物常采用高程的方式定义合适的分辨率，同时设置像素大小。最后预览制作的正射影像图，建筑物轮廓清晰，所有的附属物均能看到即可保存以tif格式的文件输出备用，反之重复以上步骤继续修整。
2.4建筑物立面图绘制
建筑物立面图是指把建（构）筑物的立面用直投影的方式绘制出的图形。立面图表示出的内容应能体现出建筑造型的特点，主要由能表现出建筑物基本形状和重要特征的轮廓线构成。将特征点云数据转换为建筑物轮廓线、特征线等高级特征，可以生成建筑物的立面线划图。
本次操作主要在AutoCAD中进行，将获取的tif文件在CAD中以附着方式插入）为保证数据真实性在插
入正射影像图时，缩放比例保持为1，旋转角度为0，同时还要保持路径类型为完整路径，其他均为默认即可。然后按照正射影像图可以清晰的描绘建筑物轮廓信息，其中正交开关要保持开启。在绘制时结合正射影像图、点云数据进行绘制，必要时参考实地照片以确保建筑物拓扑信息的正确性。
3实验结果
本次工程项目是在潍坊某街道，其主要任务是街道部分建筑物北、东、西的立面测量。主要扫描对象是居民楼以及楼四周的附属建筑物，包括广告牌、空调、雨水管道等。由于人工设施较多，结合精度及实际路况本次扫描采用固定站式扫描仪。本次数据采集主要是交通银行大楼，共设8站，每站均有3个或3个以上的共有靶球来保证点云数据精度。测站示意图如图3所示
。
第33卷第8期石信肖，胡重戎，李国远，等•基于点云的建筑物立面图快速绘制901
△
测站8
、△
△
测站7
测站6
建筑物
△
测站5
图3测站示意图
△
测站1
△
测站2
△
测站3
△
测站4
所采用的三维扫描仪是天宝的TX8，在30 m 范围内该仪器误差精度为士 2 mm 。将所获取的 点云数据拷贝到工作站，在Trimblerealworks 进 行内业处理。在软件中经过配准、去噪、精简等
主要步骤即可得到所需点云数据如图4所示，随
后使用分析建模模块，分割点云制作建筑物的正
射影像图如图5所示。在AutoCAD 2016中导
入附件，通过人机交会的方式得到物的立面图, 其中包括建筑物轮廓信息以及门、窗、广告牌等
附属物，如图6所示。
选取若干的窗户、门、广告牌等完整的立面
图，并测量其长度，面积等信息。然后与实地量 测的结果进行对比，对比结果如表1所示。
对比发现窗户的精度相对较低，原因是玻璃
材质的反射面存在折射问题，在处理点云与绘制
立面时造成了一定干扰，但总体抽样结果均符合 工程要求®10#。该项目采用三维激光扫描仪极大
程度上减少了外业工作，内业工作不再受天气影 响，无形中缩短时间。同时用软件处理各项数据
减少人为测量误差，符合工程精度要求。
图4建筑物点云数据图
(a)建筑物正射影像前视图 (b)建筑物正射影像左视图
图5建筑物正射影像图
图6
建筑物立面图
902北京测绘第！！卷第8期
表1立面测量精度单位：mm dl（窗户1）d2（窗户2）d3（门1）d4（门2）d5(广告牌1)d6(广告牌2)偏差3626146505048
平均偏差d=（d1+d2+d3+d4+d5+d6）/6=5.3
4结束语
结合实际项目以及点云处理方式，本文重点分析了建筑物点云处理，以及结合点云数据利用现有软件绘制建筑物立面图的过程。并结合实际项目进行验证!说明该方法适用于城市建筑物立面测量)本文利用三维激光扫描技术对建筑物主体进行了建筑物的立面测量，但点云数据不仅局限于三维测量，后续可以利用建筑物的二维线划图制作三维立体模型!有助于三维数字城市等方向的研究)
参考文献
"1#梁智勇•基于点云数据的建筑物特征线提取技术及其应用:J#.工程勘察，2014,42(10)：52-55.
李武.AutoCAD Map3D下建筑物点云数据的建模与管理
:J#.测绘与空间地理信息2013,36(11):88-90,94.
张小越，王羽•基于三维激光扫描技术的建筑信息采集方法研究•北京测绘2017(Sl):130-133.
王健，李雷，姜岩.天宝三维激光扫描技术在数字矿山中的应用探讨•测绘通报，2012(10):5861,91.
和璇，崔佳，赵玉.三维激光扫描仪在地质灾害地面形变监测中的应用无线互联科技2016(17):6869.
陈邦泽，杨晓波，郭霖蓉，等.基于点云数据的建筑物快速精细建模甘肃科技纵横2016,45(12)：17-19.
桂仁，王永明，檀丁.基于三维激光扫描技术的建筑物立面测量方法北京测绘2017(Sl):110-113.
[8#罗杰，白国荣.地面三维激光扫描技术在桑皮勒水电站地形测量中的应用•东华理工大学学报(自然科学版)，2016, 39(S1):109-111115
"#罗德安，邱冬炜，廖丽琼.基于扫描点云的建筑物特征剖面快速获取"#•计算机工程与应用2018,54(10):267270.
"0#陈朋，谭晔汶，李亮.地面三维激光扫描建筑物点云特征线提取"#•激光杂志，201637():911.
Fast Drawing of Building Elevation Map Based on Point Cloud
SHI Xinxiao1,HU Chongrong1,LI Guoyuan1,GUO Rui2（1.College of Geomatics,Shandong University of Science and Technology,Qingdao Shandong,266590,China；
2.Shandong Huiyou Municipal Garden Group Company Limited,Jinan Shandong250000,China）Abstract:With the maturity of three-dimensional laser scanning technology,it has become an important me t hod t o obtain building information by using point cloud data.Building elevation surveying is an important project in urban planning.Traditional surveying methods have various problems.In this paper,a three-dimensional laser scanner was introduced to study the building elevation drawing proces s by analyzing the existing point cloud data.With the help of Multi-software platform,a fast method of building elevation drawing was proposed.At the same time,the building elevation map obtained by this method could be applied to urban planning and three-dimensional digital city construction.
Key words:ground laser scanning；building point cloud；orthophoto map；building elevation map
