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形展科技激光三维扫描仪空中自行车道逆向建模钢结构测量

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空中自行车道三维建模钢结构测量

厦门空中自行车道示范段（BRT 洪文站——BRT 县后站）2016 年 09 月 14 日开工建设。2017 年 01 月 20 日工程完成竣工。起点BRT 洪文站，终点BRT 县后站，全长约 7.6 公里。空中自行车道是全国首条、世界长的空中自行车道，已于 2017 年 01 月 26 日试运行，开放时间为每天 06：30-22：30，禁止行人和电动车进入。根据测量要求，在卫星地图上定位需要扫描路段进行线路规划，假设架站位置点的数目，以此估算出此次测量需要的工作时间。根据测量要求，在卫星地图上定位需要扫描路段进行线路规划，假设架站位置点的数目，以此估算出此次测量需要的工作时间。

形展.jpg

上图：项目路线图

抵达施工现场，对需要测量物体进行环境评估，观察整体建筑物的轮廓走向以及周边环境对扫描过程的影响，在保证人员与仪器安全情况下选择较为空阔且对被测物体较少遮挡的位置进行摆设站点扫描。

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站点布置如下俯视图所示（白色：桥体，红色：架站点），从需要测量的位置定为起点开始以至少三站为一列延着结构走向往结束段摆设站点，测量路段总长度约为 1KM，站点间距为 15m~20m 之间，单站扫描时间为 2 分 09 秒钟（此次扫描均无拍照）。周边房屋建筑可作为数据拼接时的参照物，可设站扫描，便于后期处理。

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形展3.jpg 分叉口应将站点摆设至能覆盖岔道口的位置，并且双车道之间需单独设站，以确保数据的完整性。同时，遮挡严重的范围可根据情况设立多个站点

周边房屋建筑可作为数据拼接时的参照物，可设站扫描，便于后期处理。

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上图：结合施工现场实际情况，可根据地形对架站点位置进行调整，便于更好地扫描

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上图：现场照片

数据预处理

数据拼接

将原始数据导入进scene 软件进行操作

形展6.jpg 基于俯视图的拼接是 SCENE 用于多数注册流程的通用工具。它不需要目标，而且能够较快地拼接大型扫描项目，如果倾角仪数据可用，则基于俯视图的注册与初始扫描仪位置无关。如果扫描没有倾角仪数据，则使用其当前的总体位置来确定 z 轴。

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通过基于俯视图拼接，将散乱的站点拼接到一定范围内，此步骤为初次拼接

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形展9.jpg 二次拼接则采用云际拼接，使用云对云注册的前提条件是扫描站直接的大致位置相近，例如使用对应视图、基于俯视图的拼接或在基于传感器数据（GPS,罗盘）的拼接之后，通过两种拼接手段，将多站数据拼接在一块。

形展10.jpg

拼接整体平均值较为理想，站与站之间的平均误差为 0.0019m

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优化数据

形展12.jpg 激光点云扫描是进行了数百万次测量的结果，正如任何其他测量一样，它达到了多种不同等级的精度。不可能真正做出准确的物理测量，对于不同物体不同环境都可能对扫描的精度造成影响。例如激光光束扫描到空气中的灰尘或颗粒，反射回来，即使打开的仪器的Clear Contour 和 ClearSky 过滤器，也不可能完全的删除这些噪点。所以还需要手动的通过软件进行删除，首次优化采取预处理扫描。

预处理扫描只能小范围的剔除噪点，还需手动进行创建裁剪框进行删除

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导出数据

形展14.jpg 因后期需要导入进 autodesk 软件中进行后处理，需将拼接好的文件进行格式转换，所以导出的文件应当选择PTS 文件，只有这个格式才能导入RECAP 软件中转换。

格式转换

利用RECAP 将导出的PTS 文件进行转换。

形展15.jpg

经过格式转换后将文件保存为RCP 格式

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保存的RCP 文件则可用于作图与建模

数据后处理及展示数据加工处理

利用 3DMax 进行三维建模（必须是 3DMax2015 版本以上带有PointCloud 功能才能进行导入点云文件），将已经处理好的 RCP 文件导入进 3DMax。

形展17.jpg

创建裁剪框将需要显示的部分进行框选

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打开捕捉工具对点云的边界点进行捕捉，通过模型的自由编辑调节出标准的轮廓外形。

图片75.png

得到一个未赋予材质的模型（俗称白模）：

图片76.png

对模型赋予材质，根据实地拍照取景，获取出现场张片在 Photoshop 软件中对图片进行调整，调整后的图片则能加载进 3DMAX 材质编辑器中进行利用：

形展21.jpg

形展22.jpg

将编辑好的材质赋予到相应的模型面上：

形展23.jpg 形展24.jpg

将整体模型赋予材质后则完成了一个模型的完整制作：

钢箱梁点云与设计模型进行对比，首先将设计模型导入 3DMAX 进行切片处理：

形展25.jpg

截取出立面，得到设计模型的立面文件存储为DXF格式：

形展26.jpg

再将钢箱梁的点云数据进行立面截取，保存为RCP文件：

形展27.jpg

将两个文件导入CAD 进行比较（白色为点云，红色为模型）。下图为多段数据对比：

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误差分析

从误差理论来分析，扫描系统测量误差可分为系统误差和偶然误差。系统误差引起三维激光扫描点的坐标偏差，可通过公式改正或修正系统予以消除或减小。测量系统的偶然性误差是一些随机性误差的综合体现。三维激光测量误差的影响因素较多，大致可分为三类：仪器误差、与目标物体反射面有关的误差、外界环境条件。仪器误差是仪器本身性能缺陷造成的测量误差，包括激光测距的误差、扫描角度测量的误差；与目标物体反射面有关的误差主要是目标物体表面粗糙度的影响；外界环境条件主要包括温度、气压等因素。

成果展示

点云数据显示截图

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三维模型显示截图：

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品牌	形展科技	型号	KSCAN
尺寸	否	加工定制	是
产地	中国	材质	高分子聚合物
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