空中自行車道三維建模鋼結構測量

廈門空中自行車道示范段（BRT?洪文站——BRT?縣后站）2016?年?09?月?14?日開工建設。2017?年?01?月?20?日工程完成竣工。起點BRT?洪文站，終點BRT?縣后站，全長約?7.6?公里。空中自行車道是全國首條、世界最長的空中自行車道，已于?2017?年?01?月26?日試運行，開放時間為每天?06：30-22：30，禁止行人和電動車進入。根據(jù)測量要求，在衛(wèi)星地圖上定位需要掃描路段進行線路規(guī)劃，假設架站位置點的數(shù)目，以此估算出此次測量需要的工作時間。根據(jù)測量要求，?在衛(wèi)星地圖上定位需要掃描路段進行線路規(guī)劃，假設架站位置點的數(shù)目，以此估算出此次測量需要的工作時間。

上圖：項目路線圖

抵達施工現(xiàn)場，對需要測量物體進行環(huán)境評估，觀察整體建筑物的輪廓走向以及周邊環(huán)境對掃描過程的影響，在保證人員與儀器安全情況下選擇較為空闊且對被測物體較少遮擋的位置進行擺設站點掃描。

站點布置如下俯視圖所示（白色：橋體，紅色：架站點），從需要測量的位置定為起點開始以至少三站為一列延著結構走向往結束段擺設站點，測量路段總長度約為?1KM，站點間距為?15m~20m?之間，單站掃描時間為?2?分?09?秒鐘（此次掃描均無拍照）。周邊房屋建筑可作為數(shù)據(jù)拼接時的參照物，可設站掃描，便于后期處理。

分叉口應將站點擺設至能覆蓋岔道口的位置，并且雙車道之間需單獨設站，以確保數(shù)據(jù)的完整性。同時，遮擋嚴重的范圍可根據(jù)情況設立多個站點

周邊房屋建筑可作為數(shù)據(jù)拼接時的參照物，可設站掃描，便于后期處理。

上圖：結合施工現(xiàn)場實際情況，可根據(jù)地形對架站點位置進行調整，便于更好地掃描

上圖：現(xiàn)場照片

數(shù)據(jù)預處理數(shù)據(jù)拼接

將原始數(shù)據(jù)導入進scene?軟件進行操作

? ? ?基于俯視圖的拼接是?SCENE?用于多數(shù)注冊流程的通用工具。它不需要目標，而且能夠較快地拼接大型掃描項目，如果傾角儀數(shù)據(jù)可用，則基于俯視圖的注冊與初始掃描儀位置無關。如果掃描沒有傾角儀數(shù)據(jù)，則使用其當前的總體位置來確定?z?軸。

通過基于俯視圖拼接，將散亂的站點拼接到一定范圍內，此步驟為初次拼接

二次拼接則采用云際拼接，使用云對云注冊的前提條件是掃描站直接的大致位置相近，例如使用對應視圖、基于俯視圖的拼接或在基于傳感器數(shù)據(jù)（GPS,羅盤）的拼接之后，通過兩種拼接手段，最終將多站數(shù)據(jù)拼接在一塊。

拼接整體平均值較為理想，站與站之間的平均誤差為?0.0019m

優(yōu)化數(shù)據(jù)

激光點云掃描是進行了數(shù)百萬次測量的結果，正如任何其他測量一樣，它達到了多種不同等級的精度。不可能真正做出準確的物理測量，對于不同物體不同環(huán)境都可能對掃描的精度造成影響。例如激光光束掃描到空氣中的灰塵或顆粒，反射回來，即使打開的儀器的Clear Contour?和?Clear?Sky?過濾器，也不可能完全的刪除這些噪點。所以還需要手動的通過軟件進行刪除，?首次優(yōu)化采取預處理掃描。

預處理掃描只能小范圍的剔除噪點，還需手動進行創(chuàng)建裁剪框進行刪除

導出數(shù)據(jù)

因后期需要導入進?autodesk?軟件中進行后處理，需將拼接好的文件進行格式轉換，所以導出的文件應當選擇PTS?文件，只有這個格式才能導入RECAP?軟件中轉換。

格式轉換

利用RECAP?將導出的PTS?文件進行轉換。

經(jīng)過格式轉換后將文件保存為RCP?格式

最后保存的RCP?文件則可用于作圖與建模

數(shù)據(jù)后處理及展示數(shù)據(jù)加工處理

利用?3DMax?進行三維建模（必須是?3DMax2015?版本以上帶有PointCloud?功能才能進行導入點云文件），將已經(jīng)處理好的RCP?文件導入進?3DMax。

創(chuàng)建裁剪框將需要顯示的部分進行框選

打開捕捉工具對點云的邊界點進行捕捉，通過模型的自由編輯調節(jié)出標準的輪廓外形。

最后得到一個未賦予材質的模型（俗稱白模）：

對模型賦予材質，根據(jù)實地拍照取景，獲取出現(xiàn)場張片在?Photoshop?軟件中對圖片進行調整，?調整后的圖片則能加載進3DMAX?材質編輯器中進行利用：

?

最后將編輯好的材質賦予到相應的模型面上：

將整體模型賦予材質后則完成了一個模型的完整制作：

鋼箱梁點云與設計模型進行對比，首先將設計模型導入?3DMAX?進行切片處理：

截取出立面，得到設計模型的立面文件存儲為DXF?格式：

再將鋼箱梁的點云數(shù)據(jù)進行立面截取，保存為RCP?文件：

最后將兩個文件導入CAD?進行比較（白色為點云，紅色為模型）。下圖為多段數(shù)據(jù)對比：

誤差分析

從誤差理論來分析，掃描系統(tǒng)測量誤差可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差。系統(tǒng)誤差引起三維激光掃描點的坐標偏差，可通過公式改正或修正系統(tǒng)予以消除或減小。測量系統(tǒng)的偶然性誤差是一些隨機性誤差的綜合體現(xiàn)。?三維激光測量誤差的影響因素較多，大致可分為三類：儀器誤差、與目標物體反射面有關的誤差、外界環(huán)境條件。儀器誤差是儀器本身性能缺陷造成的測量誤差，包括激光測距的誤差、掃描角度測量的誤差；與目標物體反射面有關的誤差主要是目標物體表面粗糙度的影響；外界環(huán)境條件主要包括溫度、氣壓等因素。

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