三维激光扫描技术是一种新型的测绘技术，它通过三维激光扫描仪向物体发射激光脉冲，然后测量这些激光脉冲的回波信号，从而获得物体的高度和形状信息。由于其快速、准确、高精度等特点，三维激光扫描技术被广泛应用于许多领域，如城市规划、土地利用、建筑设计等。在表面积测绘领域，三维激光扫描技术也具有重要的应用价值。

1.三维激光扫描技术原理及作业流程

三维激光扫描技术是一种集高精度、高速度、高效率为一体的新型测绘技术，与传统的测量技术相比，具有高精度、高效率、低成本等优点。该技术由激光扫描仪和计算机数据处理系统两部分组成，其工作原理如下：（1）扫描仪对目标区域进行扫描，获取目标区域的点云数据；（2）计算机根据点云数据进行三维建模，从而得到建筑物表面的三维模型；（3）将建筑物三维模型导入到CAD软件中，可进行渲染处理和编辑处理。由于建筑物表面是不规则曲面，因此在对城市建筑物进行表面面积测绘时，必须对其进行适当的处理才能得到较好的测量效果。本文以某地区一栋高层建筑为例，对其表面面积测量过程进行详细介绍。

2.外业数据采集

三维激光扫描仪一般有三种扫描方式，一是从远距离向近距离扫描；二是从近距离向远距离扫描；三是从远距离向近距离扫描。实际应用中，采用第三种扫描方式，既能满足精度要求，又能减少外业工作量。扫描点数据采集方法如下：（1）三维激光扫描仪采用三维激光测距仪或全站仪等仪器测量建筑物顶部或底部的特征点（包括地物轮廓线、树木、电线等）；（2）利用全站仪将三维激光扫描仪采集的数据与建筑物表面上的特征点（包括地物轮廓线、树木、电线等）进行坐标比对，确保数据采集的精度；（3）在对建筑物表面进行扫描时，当建筑物顶部或底部出现较大面积的阴影时，利用激光测距仪或全站仪对其进行扫描，得到其顶部或底部的扫描数据；（4）通过三维激光扫描仪采集到的点云数据，对建筑物顶部或底部进行面积计算。

3.点云数据预处理

通过点云数据采集后，需要对采集的点云进行预处理，为后续的建模及面积计算提供数据。由于扫描获取的数据是以点云的形式存储的，因此点云中包含大量噪声，首先要将这些噪声剔除，才能进行后续的建模及面积计算。点云数据预处理主要包括点云数据精简、点云滤波、点云滤波和点云精修四个方面。在精简方面，首先将原始点云和扫描线进行特征提取，根据特征提取的结果选取一种最优的精简方法，即使用最小二乘法拟合出扫描线；然后再使用主成分分析法对采集的点云信号进行降维处理；最后用距离权重法和方向权重法对点云数据进行分类。在滤波方面，利用阈值分割法将扫描线数据与地面点数据分离，对地面点数据采用最小二乘法拟合出地面点坐标；然后利用主成分分析法将扫描线数据与地面点数据进行分离，提取出地面点坐标。

4.内业数据处理

在完成建筑物表面面积测量后，可以将三维激光扫描点云数据和已知的地形图进行拼接，最后得到建筑物表面的数字高程模型（DEM）。由于三维激光扫描点云数据中含有大量噪声，因此需要对点云数据进行处理。三维激光扫描点云数据的处理包括以下几个步骤：（1）去除噪声；（2）拼接、旋转和平移；（3）连接、压缩；（4）点云分割；（5）特征提取、表面绘制。其中拼接和旋转是处理的重点。拼接就是将待拼接区域内的点进行重新排列，使之具有相同的空间位置，便于后续的高程计算和面积计算。旋转就是将两个点沿两个方向旋转，使之具有相同的空间位置，便于后续面积计算和坐标系转换。

5.实例分析

某小区一幢住宅楼建筑高度为31层，建筑面积为9800m2,该栋楼共有3个单元，每个单元建筑面积约为1000m2。在实际测量中，该栋楼的高度与实际高度差距较大。由于楼层的高度不同，这就给我们测量带来了一定的困难，传统测量方法是用卷尺测量楼房的各个部分，然后计算面积。这种方法不仅费时费力，而且测量结果不够精确。由于该栋楼的高度与实际高度相差较大，采用常规测量方法很难得到精确的面积值。而利用三维激光扫描技术则可以快速准确地得到建筑物的三维点云模型，再用该模型计算出建筑物表面的面积。在实际测量中，发现该栋楼的3个单元中只有两个单元的建筑物表面面积小于1000m2。其他两个单元的面积都在1000m2以上，而且整个建筑物表面面积基本都在1000m2以上。

结束语:

综上所述，本文首先对三维激光扫描技术进行了简要介绍，然后对其误差进行了分析，并以某小区为例说明了该技术的应用情况，最后根据本文研究提出了一些改进建议。三维激光扫描技术能够快速、高效、精确地获取城市建筑物表面信息，具有非接触、不破坏被测物、测量精度高等特点，是目前城市建筑物表面面积测绘的主要方法之一。由于三维激光扫描技术获取数据时误差较大，在数据处理时需要对其进行处理。目前的研究主要是将三维激光扫描技术与GPS技术相结合来提高其精度，但是二者仍有一些不足之处，未来可以将GPS技术与三维激光扫描技术相结合来提高三维激光扫描技术的精度，并且可以利用GPS技术进行数据处理。

参考文献:

[1]郭杰,陈阳,张冬冬等.基于三维激光扫描技术的弹体表面凹凸缺陷检测研究[J].装备制造技术,2021(08):39-42.

[2]骆义.基于三维激光扫描技术的结构检监测应用研究[D].东南大学,2021.

[3]袁峥,李俊峰,朱元彪.基于三维激光扫描技术的表面积测绘[J].测绘工程,2017,26(09):65-67+72.