基于激光扫描技术的室内外三维场景构建方法(艾三维BIM分享).doc

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1、由于各种大规模室内活动场所的建立，传统二维地图的导航定位已不可能完全满足人们的需求，且室内定位技术的研究与发展对室内外一体化高精度三维地图的制作提出了更高的要求。本文以河北野三坡服务区主楼为例，探讨性提出了一种针对室内外导航定位的三维场景快速构建方法。首先布设室内外一体化高精度坐标控制网，其次利用三维激光扫描技术获取实际地理坐标的高精度点云数据，运用3DMax软件对主楼室内外精细建模，并融合周边DOM、DEM等数据在Skyline软件中构建可交互式操作的可视化三维场景进行发布。结果表明，该方法可快速准确

2、获得室内外全景环境及任意处的位置坐标。1引言随着健身房、写字楼、商场等集中化的大规模活动场所的建立，足不出户的现象日益普遍，基于二维地图的室内外导航与定位服务已不能完全满足社会各行业各领域的需求，人们不再满足于单方面的位置信息，更关心所处位置具体环境做出更佳的选择。例如消防队员在陌生的商场救援时，不仅迫切地想确定着火的位置，更需要了解救援途中消防通道的建筑结构、走哪条路线能更快到达现场等情况，这就对具备导航定位功能的可量测室内外一体化高精度三维场景地图的制作提出了更高的要求。室内定位技术的方法有多种，包

3、括蓝牙、无线网络、热红外、伪卫星、地磁等，许多研究机构、公司和大学利用这些技术开展了大量的研究工作，并开发了相应的室内定位系统，然而这些工作都是基于二维地图展开的，并且存在抗干扰性差、依赖环境、前期投资成本高等问题，难以达到厘米级的定位精度。在三维场景构建方面，林选妙和赵春林尽管利用360°全景技术分别实现了可视化、可交互性的漓江流域生态旅游资源展示系统与三维变电站，但这些电子地图没有将位置信息引入系统中，未能从真正意义上实现三维场景的导航定位功能。本文以河北野三坡服务区主楼为例，探讨性提出一种面向室内

4、外定位的三维场景构建方法。首先对具有真实地理坐标的室内外一体化三维场景点云数据的采集与处理方法进行介绍，其次通过得到的厘米级的点云信息，利用3DMax软件进行点云的精细建模;最后融合现有DOM、DEM数据，制作室内外一体化三维地形场景地图，并通过Skyline软件对其进行还原展示，实现了从实景到模型的等比例同位置的仿真还原。2三维场景的数据采集与处理2.1数据采集河北野三坡服务区的数据采集主要包括三个方面:①主楼室内外的点云数据，②主楼室内外控制点的坐标，③主楼室内外纹理特征。(1)点云数据采集采用Z+

5、F5010x地面式三维激光扫描仪对野三坡服务区主楼一二层室内外、楼梯、走廊进行了三维扫描，共经历一天半时间，架设40站，铺设粘贴标靶纸70多张，采用标靶球6个。在采集过程中，扫描仪的采集质量设成Normal，分辨率设成High，测站位置距离外墙不超过20m并且保证扫描仪的发射激光与标靶纸的入射夹角小于45°。标靶纸和标靶球的布设需满足不在同一直线同一高度上。(2)坐标控制网建立与测量坐标控制网的建立与测量是整个三维地图的基准，控制点主要用于后期点云数据的坐标转换，将测站坐标系下的三维点云数据转换到真实地

6、理坐标系(CGCS2000)。本次控制点选择兼顾GNSS一般选点要求和后期室内点云精度验证的全站仪观测通视要求，共选取5个GNSS控制点(如图1所示)，参照C级GNSS观测要求进行边连式同步观测，并与河北CORS周边基准站数据进行联合解算，经高斯投影后得到控制点在CGCS2000坐标系下的平面坐标和高程。点云数据采集时在控制点上粘贴标靶纸并进行扫描，获取控制点在扫描坐标系下的相对坐标，需要注意标靶纸的十字中心和控制点的中心绝对吻合，如图2所示。图1控制点分布图图2标靶与控制点重合观测示意图(3)纹理拍照

7、用数码相机对建筑物的内外墙、地板、屋顶、楼梯、水泥地等处局部细节和整体外观进行拍照，并分别编号加以区分，保存在不同的文件夹下供后期精细建模使用，命名格式举例为“1#楼-外墙-贴砖”。拍照时应根据不同的天气状况对相机进行适当的调整保证照片与实物的色差基本为0。2.2数据处理利用随机软件Z+FLaserControl对外业采集的点云数据进行拼接、去噪、着色和坐标转换。点云数据拼接是将不同视角下的扫描数据进行配准形成整体点云，完整表现主楼的空间形状，各站间采用公共特征点和标靶纸/球作为拼接的已知条件，计算拼接

8、精度，通过查看拼接报告(如图3所示)来检查配准是否合理。三维激光扫描获得的海量点云数据不可避免地存在许多冗余点和噪声点。噪声来源多种多样，比如超出扫描设定范围的孤立点;不属于建筑物本身的冗余点;玻璃镜面反射光束造成的混杂点;扫描过程中物体随扫描镜头移动造成的漂移点等。利用随机软件的蒙版和过滤工具对上述噪声进行剔除后生成的是黑白相间的点云(如图4所示)，不能真实地反映建筑物的色彩信息，不利于后期的属性添加，应对黑白点云进行一键式着色处理得到带