天津京測科技有限公司
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天津靜??h京測科技三維掃描技術(shù)應(yīng)用于大空間地鐵隧道
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三維掃描技術(shù)應(yīng)用于大空間地鐵隧道
此次地鐵三維掃描分析區(qū)間段為地鐵左、右兩線各 240 米長度隧道結(jié)構(gòu),其中包含 100 米站臺區(qū)間段三維掃描。
上圖:掃描區(qū)間現(xiàn)場圖
任務(wù)目的
根據(jù)施工及運營監(jiān)管需求以查明該區(qū)段隧道凈空變形現(xiàn)狀,同時依照點云數(shù)據(jù)建立實體三維模型并切取橫斷面數(shù)據(jù),為后期監(jiān)測變形提供最原始的參照數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)資料。
作業(yè)內(nèi)容
1. 通過三維激光掃描得到隧道(含車站)完整的三維坐標(biāo)點云數(shù)據(jù);
2. 通過三維點云數(shù)據(jù)建立三維模型,為后期變形比對分析提供基礎(chǔ)模型;
3. 通過三維點云數(shù)據(jù)切取隧道橫斷面圖。
準(zhǔn)備工作
a 提前和甲方配合人員溝通聯(lián)系,做好安全準(zhǔn)備工作。b 勘察施工現(xiàn)場情況,做好掃描架站預(yù)估。
c 根據(jù)數(shù)據(jù)分析要求設(shè)置掃描參數(shù),確保數(shù)據(jù)精確度。
外業(yè)掃描提前對掃描區(qū)域狀況進行踏勘,針對掃描目標(biāo)的現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)及項目目的要求設(shè)定掃描站點間距及掃描參數(shù)。此次掃描站點間距均勻設(shè)置 10 米每站,左右線各掃描 240 米車站及隧道區(qū)域范圍,共掃描 25 站,單站掃描分辨率設(shè)置為點間隔 7.67mm(10 米處),單站掃描時長 3′17″, 掃描范圍為全景掃描,掃描模式設(shè)置為室內(nèi)掃描模式,開啟掃描儀傾角儀、羅盤、高度計多個傳感器,保證掃描數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。
上圖:掃描分辨率信息及傳感器信息
掃描坐標(biāo)系統(tǒng)不要求轉(zhuǎn)換大地坐標(biāo)系統(tǒng),所以架站位置取決于單站掃描可視范圍,掃描設(shè)備自帶±5°傾斜補償器,掃描儀不需要精確對中整平即可進行掃描作業(yè)。
為了保證多站數(shù)據(jù)拼接的精度,隧道掃描數(shù)據(jù)拼接采用標(biāo)準(zhǔn)參考球作為精確拼接依據(jù),拼接精度控制在±1mm。
上圖:掃描現(xiàn)場圖
數(shù)據(jù)處理
將掃描所得三維點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入掃描儀配套軟件 SCENE 進行拼接、過濾、導(dǎo)出等處理。導(dǎo)出掃描數(shù)據(jù)到點云處理軟件,利用掃描軟件的自動拼接功能將多站無序掃描數(shù)據(jù)拼接成整體。
上圖:基于目標(biāo)的拼接方式
上圖:基于目標(biāo)的拼接精度控制
基于目標(biāo)的拼接方式是最精確的數(shù)據(jù)拼接方式,原理是通過兩站掃描數(shù)據(jù)之間布設(shè)的多個共同參考體作為精確拼接對象,規(guī)避掃描點云數(shù)據(jù)之間點云噪點、點云厚度和掃描精度的影響,確保掃描數(shù)據(jù)的融合精度。此次掃描平均偏差距離左線為 0.71mm,右線為 0.61mm。
上圖:完整拼接后多站掃描數(shù)據(jù)效果
數(shù)據(jù)過濾采用手動選擇和軟件自動篩選兩種模式進行冗余數(shù)據(jù)和噪點數(shù)據(jù)過濾刪除的方式進行數(shù)據(jù)優(yōu)化,保留主體隧道數(shù)據(jù)。
上圖:高亮顯示部分為車站站臺部分穿透數(shù)據(jù)
上圖:利用軟件自帶過濾功能過濾深色掃描點及離群點
掃描數(shù)據(jù)的三維模型制作和斷面提取分別是在CAD 和 3d max 平臺上實現(xiàn),都是基于Autodesk 平臺軟件,所以掃描數(shù)據(jù)的導(dǎo)出以.rcp 格式為主,點云處理軟件可直接導(dǎo)出 Autodesk 平臺支持的.rcp 格式項目文件。
上圖:將處理完成的點云數(shù)據(jù)整體導(dǎo)出為 rcp 項目
上圖:將導(dǎo)出的.rcp 格式點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入到 recap
將處理完成的點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入AutoCAD 中進行斷面截面處理,并進行擬合和量測。
Recap 軟件中可以對掃描的點云數(shù)據(jù)以圖片的形式做數(shù)據(jù)量測和標(biāo)記,有利于后期分析時直觀的對隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特征變化進行比對。
Recap 軟件中可以對掃描的點云數(shù)據(jù)以圖片的形式做數(shù)據(jù)量測和標(biāo)記,有利于后期分析時
上圖:Recap 中通過影像數(shù)據(jù)做標(biāo)記和注釋
直觀的對隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特征變化進行比對。
上圖:將轉(zhuǎn)換過后的數(shù)據(jù)格式插入到cad 中進行斷面擬合和提取
基于點云數(shù)據(jù)的三維模型建立和斷面提取。將轉(zhuǎn)換成 rcp 格式的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到AutoCAD 中進行隧道斷面的擬合和提取,同時也可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到同平臺的 3dmax 中進行三維模型建立。
上圖:在AutoCAD 中對隧道斷面進行擬合,得出隧道斷面尺寸數(shù)據(jù)
利用點云切片功能將隧道斷面切取,并擬合隧道斷面。
隧道斷面截取及量測
將隧道掃描數(shù)據(jù)按照 10 米間隔切取斷面數(shù)據(jù),基于點云數(shù)據(jù)的實景復(fù)制特性可以自由調(diào)
整斷面間距,最小間距甚至可以小到公分級別。
上圖:240 米監(jiān)測段等距 10 米截取一個斷面
上圖:斷面取樣
上圖:完整斷面取樣
將轉(zhuǎn)換成rcp 格式的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到AutoCAD 中進行隧道斷面的擬合和提取,同時也可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到同平臺的 3dmax 中進行三維模型建立。
上圖:依照點云數(shù)據(jù)建立實體三維模型