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三维扫描技术在智慧城市中的应用

发布时间:2021-07-20 访问量:141

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当前,我国正致力于建设智慧城市。三维激光扫描仪作为一种新的空间数据获取手段,其在智慧城市建设中的应用具有重要意义。

 

一、什么是智慧城市


智慧城市就是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息,从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应。其实质是利用先进的信息技术,实现城市智慧式管理和运行,实现精细化管理,促进城市的和谐、可持续成长。

 

二、三维激光扫描仪与工作流程

 

1. 三维激光扫描仪是什么?

三维激光扫描技术是20世纪90年代中期随着科技不断发展而出现的一种高新技术,同时也是继GPS空间定位系统之后的又一项测绘技术新突破。它突破了传统的单点测量方法,具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据,因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。

 

2. 三维激光扫描仪工作流程


三维激光扫描仪的作业流程可大致分为四个阶段,即前期准备、数据采集、数据加工、点云应用。

 

前期准备阶段

该阶段的主要工作就是根据现场勘察情况来制定具体的工作计划,包括设站数量、设站位置等,需要注意的是,应当在保证测量准确的基础上,尽量减少设站数、缩短扫描时间、提高工作效率。

 

数据采集阶段

此阶段就是依照已经确定的工作计划来进行数据采集,在采集数据的过程中,一旦发现不合理的地方,工作人员应当及时对扫描测站数量进行相应的调整,并做好相关的记录,从而保证后期数据处理工作的顺利开展。

 

数据处理阶段

数据处理是整个流程中花费时间最长的阶段。一般,数据处理包括点云拼接、去除噪声、数据精简等步骤,只有经过这些复杂的处理过程,才能得到完整、高质量、可用的点云数据。

 

点云应用

点云包含了物体三维坐标值、色彩信息的将被测物的相关数据,人们可以根据实际需要对进行进一步的加工处理,从而为三维建模、制作常规二维图、场景虚拟等提供数据支持。

 

三、三维激光扫描技术在智慧城市建设中的具体应用


建筑物制图

智慧城市建设中,对前期的建筑制图具有较高的要求。而三维激光扫描仪的应用能够为建筑制图提供精准、可靠的数据依据,从而保证建筑制图的科学性、合理性。

基于三维激光扫描点云绘制常规的平、立、剖面二维CAD图,目前比较流行的方式有两种:第一种方式是利用处理后的点云生成正射影像,再根据影像绘制成平面图。这种方式与摄像测量极为相似,但是影像并没有透视畸变的功能,因此,基于三维激光扫描仪绘制的平面图的精度要优于摄影测量;第二种方式是将拼合处理后的点云切成薄片,再将点云薄片导入CAD等软件中,根据点云绘制。采用这种方式时,点云片密度的控制极为关键,理论上密度越大,精度越高。但是随着数据量的增大,其对计算机的性能要求也就越来越高。

对比来看,两者各自有各自的优点与不足,一般情况下,前者适用于壁画、彩绘等精细线划图的绘制,而后者更适合建筑的平、立、剖面等结构性的线划图的绘制,并且还能较精准地控制整体尺寸精度。

 

构建数字实体模型

建数字三维模型能直观地展现建筑风貌,可用作效果展示,虚拟漫游等。智慧城市建设中会应用到大量先进的信息技术,例如建筑信息模型技术(BIM),而在应用BIM模型对工程进行管理时,就需要结合高效的测量手段来检测施工质量。

三维激光技术能够将模型和工程现场进行有效链接,从而高效、完整地反映工程现场的实际情况。通过对三维激光点云进行抽稀、除噪,并导入专业软件中,可直接对点云进行拟合建模,形成高精度、多种分辨率的三维模型,并可转换为BIM模型,进而与设计模型进行精度对比。

 

实景监测

智慧城市建设的目标就是利用先进的信息技术,实现城市智慧式管理和运行,从而为人们提供良好的生活环境。因此,城市中各项活动的有效监控就显得尤为重要。而三维激光扫描技术的应用就扩展到城市环境监测、地表资源获取、城市建设规划等各个领域,从而能够实现对城市信息化的高度把控。基于三维激光扫描仪高精度、高密度的点云数据,能够计算路面横向凹凸偏差值,从而快速便捷地检测道路平整度;公路养护的重要工作之一就是公路病害监测。而三维激光扫描仪可通過历史点云实景数据的对比,快速识别公路坑道等病害,进而能够提高公路病害监测的实时性、准确性、安全性;利用基于三维激光扫描仪的三维激光实景技术,能够实现对城市绿化信息的可视化管理。通过数字园林信息业务管理平台,用户可以借助于二维地图或属性关键词等对园林进行定位,并通过移动测量系统外业实地采集的园林实景影像,实现对园林实景、树木类别、年限、数目等信息的可视化管理。

 

总而言之,智慧城市的建设在国内外许多地区已经展开,并取得了一系列成果。智慧城市的建设需要我们加大对新型技术的应用,依靠先进的技术解决以往工作中存在的问题。三维数字化技术解决了城市在建设过程中对大量数据相关细节信息的应用,促进了在建设智慧城市过程中内部信息化、智能化的实现。

 

参考文献:

[1] 金菁,李沄璋,曹毅.三维激光扫描仪在建筑领域的应用[J].建筑与文化,2014(04):168-171.

[2] 闫晨.三维激光实景技术在智慧城市建设中的应用[J].测绘通报,2016(04):142-143.endprint

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