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三维激光扫描技术在水利工程中的应用研究

发布时间:2015年12月08日 13:49 来源:ChinaBIM网
摘要:

三维激光扫描技术是一项新的技术,其应用领域已越来越广泛。本文将三维激光扫描技术应用于水利工程中,讨论了其工作流程,分别从工程量计算、沉降监测以及点云与BIM模型对比这几方面进行了具体的应用研究,取得了较好的结果。

  作者:上海勘测设计研究院有限公司 方毅 姜斌 吴晓梅 张阳明
 
  1 引言
 
  三维激光扫描技术是近年来发展起来的一门新技术,其被誉为“继GPS技术以来测绘领域的又一次技术革命”。它通过高速激光扫描测量的方法,大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标。该技术作为获取空间数据的有效手段,可以快速、精确、大量的采集空间点位信息已在众多领域发挥着越来越重要的作用。目前在水利工程建设的斜坡稳定性研究、高陡边坡地质调查、水利枢纽的地形地貌的三维数据采集,输水、送电线路的选择,以及CAD设计与动画制作、虚拟现实技术的逆向建模、交通、医疗、古建筑修复和保护工程等方面的众多领域得到了广泛的应用。为了落实公司的发展规划,提升公司信息化水平,公司正力推三维协同设计的各项工作,并朝着项目的全生命周期管理方向而努力。而三维激光扫描这项技术在水利工程中的应用,能够为项目的全生命周期管理提供数据支持,因此,公司在宁波甬新闸泵站工程中对三维激光扫描技术进行了探索,通过具体的应用研究发现,合理的应用该技术,能够提高我们的工作效率,达到我们想要的效果。
 
  2 工程介绍
 
  甬新闸泵站工程是宁波市城市重要防洪项目。甬新河与甬江交汇处现建有甬新闸,甬新闸泵站布置于甬新河与甬江交汇处,现甬新闸的西侧。甬新闸总净宽35米,共分7孔,单孔净宽5米,而甬新河承担着江东区部分涝水外排甬江的重要任务,是江东区主要的排涝工程。甬新闸泵站的建设对提升宁波中心城区的排涝能力具有十分重要的意义,甬新闸泵站工程主要任务是防洪、排涝。规划建设排涝流量120立方米/秒,其中应急工程设计流量60立方米/秒。工程设计挡潮防洪标准为100年一遇。
 
  3 数据获取与数据处理
 
  三维激光扫描技术在宁波甬新闸泵站工程中的整个工作流程可分为以下步骤:控制测量,外业数据采集,点云拼接和坐标转换,点云的后期处理,点云的实际应用。
 
  (1)控制测量
 
  三维激光扫描仪采集到的数据是独立坐标系下的数据,为了得到甬新闸泵站工程所用坐标系下的数据,需要控制点信息。根据现场的施工条件,每次从测量控制网引出3个以上的点作为三维激光扫描的控制点。
 
  (2)数据采集
 
  根据现场实际情况,在合适的位置设站,并设置好标靶,对需要扫描的内容进行详尽地扫描,为了保证点云数据的顺利拼接,相连站间需要扫描3个以上的特征点。在数据采集过程中,测站和标靶设置的合适与否,将直接影响到扫描的效率和精度。
 
  (3)点云拼接和坐标转换
 
  由于每站扫描的数据都是以扫描仪位置为参考点的独立坐标系,各站的点云数据没有联系,因此需要对点云数据进行拼接处理,拼接是在随机软件中通过公共特征点自动进行的。要得到项目坐标系下的点云数据,就需要进行坐标转换。其方法就是利用扫描的控制点坐标,将整个点云转换成需要的坐标系统,坐标转换的误差与控制点误差、点云拼接误差等有关。
 
  (4)点云的后期处理
 
  由于现场的施工环境较为复杂,点云经过拼接与坐标转换后,还不能够直接进行应用,需要对点云数据进行后期处理,其工作主要就是对点云进行去噪处理与着色处理。施工现场扫描到的脚手架、机械设备等与扫描无关的信息,在处理过程中应尽量删除,以保证点云干净。着色处理就是对点云赋予合适的颜色,让点云模型更加美观。如果采集数据的时候进行了全景扫描,则可读取真实的RGB值赋给点云,这样点云所展现的颜色就是真实的颜色。如果没有进行全景扫描,则需要通过后处理软件给点云赋予自定义颜色。
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