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复杂建筑结构 三维激光扫描显身手
 
 
2017-02-03 10:48 编辑:文 / 陈拓 资料来源(三维激光事业部) 浏览量:3234人
 
 

 
 

三维激光扫描技术能够完整并高精度地重建扫描实物数据。该技术可以真正做到直接从实物中进行快速的逆向三维数据采集及模型重构,无需进行任何实物表面处理,其激光点云中的每个三维数据都是直接采集目标的真实数据,使得后期处理的数据完全真实可靠。由于技术上突破了传统的单点测量方法,其最大特点就是精度高、速度快、逼近原形。三维激光扫描技术目前已在众多领域得到了广泛应用,尤其在建筑设计以及恢复重建方面,它可以深入到任何复杂的现场环境及空间中进行扫描操作,并直接将各种大型的、复杂的、不规则、标准或非标准等实体或实景的三维数据完整地采集到计算机系统中,进而快速重构出目标的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据。同时,它所采集的三维激光点云数据还可进行各种后处理工作如:测绘、计量、分析、仿真、模拟、展示、监测等。

 

三维激光扫描技术不同于单纯的测绘技术,它主要面向高精度逆向三维建模及重构。实物附近架设三维扫描仪,对目标物进行三维扫描,将扫描的数据点云进行内业处理,建立物体表面模型(DSM),最后经着色形成高精度的三维实物数据模型。长期保存在数据介质中,供以后建设、设计和恢复重建时参考应用。


数据获取

 

根据建筑实际结构,大家选择扫描站点摆设的方式为并排式,站点排布为Z形并排,站点间隔10-15米,以确保数据的完整性。

 

图1为作业现场,扫描由建筑外围到建筑内部,每秒可以扫描30万个点,根据工程要求每站扫描34秒钟,接受扫描点10009668个。1个人操作扫描仪,1个人负责协助扫描,每站作业时间大概3分钟,整个建筑测区扫描完成用时一天半,扫描站点数186站。 

 

在数据的拼接与坐标转换时,将仪器的扫描数据导入到预处理App中,使用App的自动拼接模式,可在半小时内得到拼接好的整体点云。因扫描仪自带GPS与电子罗盘,扫描站之间的相对位置和方向角度是大致正确对应的,但也有些许误差,GPS误差在2.5米左右,只需手动微调相对位置即可实行自动拼接。微调完成之后,实行自动拼接,拼接精度为4.9mm。

 

将站点手动微调到大致位置,如图2。 

 

把扫描仪扫描的坐标系导入到App以后,App就会自动解算任何三点组成的三角形的边长、角度信息,然后App在坐标转换的过程中会把两个最相近的三角形重叠到一起,这样两个三角形重叠在一起了,即坐标也转换了。将其余坐标扫描站都转换坐标之后,那所有的扫描站也都完成了坐标转换。 


成果展示

 

通过点云构建出的模型,与现实中的建筑呈1:1比例的在App中重现,如图4。 

 

参照高精度点云对建筑细部结构进行详细构线和建模,使得建筑结构的重建精度非常高,局部精度可达5mm,整体精度在1.5cm之内。如图5。


数据分析

 

模型完成之后,只是基础数据,那么要进行下一步的数据分析,就要借助其他专业App进行,比如建筑设计与架构分析。

 

又或者对比设计图纸,找出设计与建设当中存在的错建、漏建、建筑比例不当等施工问题,在CAD中即可完成这一操作。

 

可用真实材质区分不同的建筑结构,用于计算其表面积或者体积,同时能获取到被测物体的长宽高以及坐标属性。

 

其他建筑类型

 

张大千博物馆,位于内江东桐路圆顶山。规划建筑面积2160平方米,含5个展厅及一个报告厅、多媒体信息区、休闲平台。建筑形态布局取义于张大千的梅花图,经过提炼与抽象,结合原有地形设计而成。在建设当中,发现存在建筑尺寸偏差大等问题,但常规测量手段完全不能解决这种异面结构。此时,三维激光扫描仪便有了用武之地。如图6为建成效果图。 

 

现场结构复杂,建筑之间排布紧凑,工作量大。图7为实地现场。 

 

通过三维激光扫描仪在五个花瓣形钢结构内外架站扫描,得到完整的点云数据,如图8。

 

方式方法与上文一致,将点云导入到3DS MAX中,进行构线,建模。成果如图9。

 

细部结构较为复杂,结构繁多,扫描站数为98站,确保了数据的完整性。

 

完成整个流程之后,交给施工方做深化设计。这样的效率和精度是解决此类异面结构深化设计所急需的。


三维激光扫描技术为快速、精确三维重建提供了强有力的手段,最大程度上解决了工程的技术难题,为施工单位争取了时间,尤其对于复杂高端类的实体对象,因其是非接触式测量,所以不会对建筑结构造成任何的伤害。在以后类似的工程项目当中,三维激光扫描技术的应用前景非常宽广。 



图1 作业现场



图2



图3  整体点云



图4  整体模型



图5



图6



图7



图8



图9

 
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