三维激光扫描技术是一项快速获取物体表面特征点云数据的技术，点云数据中包含三维坐标、颜色信息及电磁波强度信息等，通过数据处理可将点云数据转化为空间线、面等信息，实现实景三维模型的构建。三维激光扫描技术具有不接触、面测量等特点，为景观实景模型建设提供了新方法，为完整的保存古建筑景点信息提供了新思路。1测绘内容和精度要求景观测绘内容与其规模具有一定关系，庞大宫殿要求测量的内容丰富且精度较高，简易的雕塑测量内容较少。本文以亭台古建筑为例，测量内容主要包括总平面图、单个建筑物平面图、建筑物立面图、建筑物的剖面图、细部大图样5方面。不同的测绘图纸，精度要求也不同[1]。不同图纸的测量精度要求如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.011.T001表1不同图纸的测量精度要求测量内容对应比例尺建筑物群总平面图1∶200~1∶500单体建筑物各层平面图1∶50~1∶100立面图、剖面图1∶50大样图1∶5~1∶202三维激光扫描数据采集及处理2.1控制网布设经实地踏勘，在目标亭台周边设置9个站点进行三维数据的扫描工作，在控制点位置布设坚固的钢钉，将GNSS静态测量获取的点位坐标采用支导线法引导亭台附近，采用全站仪对外围4个点构成的闭合环进行控制测量，平差后获得闭合环4个点的坐标，其余5个点则采用符合导线的方式布设，平差后记录各个点的点坐标。2.2标靶设置为提高后续点云数据的匹配精度，在亭台上布设测量标靶。布设标靶需要遵守标靶不能呈一条直线，将标靶错落分布，尽可能让多测站观测到；相邻的测站至少有3个标靶是公共标靶，即两侧站均能观测到，方便后期数据拼接[2]。2.3点云数据获取通过操控点云采集软件对目标进行数据采集，采集扫描点云间隔为2 mm×2 mm，对目标建筑物进行精确细致扫描。在扫描过程中，实时查看传输的数据，检查点云数据的完整性与准确性。如果发现点云数据存在缺失或数据存在异常情况，应在现场及时组织补测工作，确保一次性完成数据采集工作，防止返工。在前一测站获取扫描数据后进行确认，无误后将平台移至下一测站继续进行扫描工作，不同测站之间的扫描数据要确保至少30％的重叠率[3]，确保不因移动测站遗漏扫描信息。每一站扫描时间约20 min，直到所有测站点云扫描结束。原始点云数据如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.011.F001图1原始点云数据2.4点云数据处理2.4.1点云去噪扫描时间段内周边的行人较少，因此点云噪声点多为树木的枝丫以及空气中悬浮的尘土。对于数据量较大且肉眼能直接分辨的噪声点，直接选中删除即可；对于空气中尘土杂质，可通过数据处理软件中的“采样”功能剔除；剩余离散或距离模型较近的噪声点，不宜手工删除，可采用软件中的去噪功能剔除。噪声点要在数据拼接前剔除，可以节省拼接时间[4]，且匹配效果更好。2.4.2点云拼接本次配准采用基于不同测站间的标靶点进行数据拼接。全站仪可以准确获取一个点的坐标信息，与传统的测量手段不同，三维激光扫描仪获取区域面的点云数据，并不能表示某一具体点的坐标。与精确测量点位的坐标原理类似，三维激光扫描通过扫描特定的形状和材料标靶完成面域的精确配准。拼接点云数据如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.011.F002图2拼接点云数据2.4.3点云精简通过点云数据重采样可以降低点云数据的冗余，提高模型数据处理流程。扫描过程中，分区域多测站获取点云数据，因此测站与测站间的扫描数据存在部分重叠，数据中存在较多冗余点。在前期扫描时，为了确保扫描的精度满足精度要求，采集的分辨率较高，需要对点云数据进行删减。在软件中通过重新采样的功能使点云数据变稀疏。此过程中，删除的点并不能减少点云数据的细节数据。因此，点云数据精简可极大地减少数据量，并保存好点云数据的特征。Geomagic studio软件提供了4种重采样的方式，分别为随机重采样、等距离重采样、曲率重采样及统一重采样。本文采用统一重采样的方法，设置点数据之间的间隔为0.01 mm，获取的点云数据量为465 587个。2.4.4多边形细化处理为了确保建立三维模型的准确度和完整度，需要修补多边形阶段存在的空洞及缺口。修补空洞及缺口主要是根据周边的多边形数据进行数据补充，采用类似内插的方式弥补多边形空洞，通过建立空洞与周边多边形的拓扑关系，将平面区域的小孔洞直接抹平。对于曲面部分的空洞缺失，可基于周边多变形曲率进行补充。空洞修复前后对比如图3所示。图3空洞修复前后对比10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.011.F3a1（a）修复前10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.011.F3a2（b）修复后2.4.5纹理映射纹理匹配是亭台实景三维模型建立的重要环节，建立的初步模型各项限差均满足要求后，在TexCapture软件中进行三维模型重构，设置空间坐标系为CGCS2000坐标系，划定模型输出范围，划定的范围要与计算机的性能相匹配。通常情况下，计算机的运行内存越大，可划分地块越大，一般运算内存不超过计算机总内存的1/3。各项参数设置完成后，软件可自动选择合适的纹理进行模型的映射。纹理匹配后模型如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.011.F004图4纹理匹配后模型2.4.6特征线提取模型建立完成后，使用PolyWork软件对模型进行特征线及特征点的提取，数据提取完成后导入CAD中进行修正。通过CAD曲线调整对立面图进行修正，将曲线与实际相贴合。修正完成后，将亭台立面的各部位尺寸进行标注，完成立面图的制作。剖面图是一个假想的立面，从亭台中间竖切获得亭台中间的剖面，展示亭台各个部分在竖直方向的关系。3精度分析3.1观测点误差本次三维激光扫描工作是通过布设多个控制点开展点位激光扫描。根据误差传播理论，观测点的测量误差是由测量仪器误差、对中误差、后视点偏差、定向误差以及观测点提取误差等组成。仪器误差测量精度为2 mm±2×10-6 mm，测角精度±2″，三维激光扫描仪点位精度为6 mm/50 m；对中误差是全站仪及三维激光扫描仪在布设时对中的误差，根据对中误差理论计算为7 mm；三维激光扫描仪通过后视点进行定向，根据其照准点归心改正数引起点位中误差；定向误差可根据三维激光扫描仪的布设点与观测点以及标称精度求得；观测点在提取过程中与实际位置也存在一定偏差，一般为2~6 mm。观测点的点位中误差为：M总2=M12+M22+⋯+Mn2 （1）根据式1计算得到各观测点的点位中误差如表2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.011.T002表2点位中误差点位S1S3S5S7S9中误差9108912mm3.2模型精度为了验证三维模型的准确性，采用全站仪测量和钢尺测量方法对亭台的实体进行测量并与三维模型对比分析。对台阶、柱子直径、房檐高度及长度等数据进行实地测量，三维模型通过软件进行测量。模型测量数据与实测数据的差异如表3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.011.T003表3模型测量数据与实测数据的差异项目实测长度三维模型长度差值台阶宽度4.8754.8690.006柱子直径0.2360.2320.004房檐高度2.3582.363-0.005m由表3可知，实测数据与三维模型数据的差值较小，差值最大为6 mm，最小为4 mm，说明激光点云数据建立三维模型精度较高，可以准确表达亭台真实的表面三维信息。因此，三维激光扫描仪在景观建筑物的建模中具有一定优势，不仅能够全方位表现建筑物的细节，也能获得高精度的建筑物三维信息。4结语三维激光扫描技术是近年来新兴的测绘技术，该技术在三维实景模型建立中具有不接触、高分辨率、高精度的特点，对于复杂景观及建筑物测量具有独特优势。本文重点设计控制网布设方案，描述了数据采集特点及需要注意的事项，获取了测量目标的点云数据。对获取的点云数据经过预处理、点云配准、点云去噪以及数据精简等步骤获得精简后的点云数据，并对点云数据中的孔洞进行优化。采用全站仪测量和钢尺测量的方法对建筑物的实体进行测量并与三维模型进行对比分析获取三维模型的精度，经计算三维模型精度符合建筑物测量相关标准，可以准确表达建筑物真实的表面三维信息。