三维激光数字扫描.doc

6 三维激光数字扫描 6.1 项目要求 6.1.1 项目介绍 根据XX风电要求，对——个风机基础进行沉降观测。具体工作量见下表： XX风电风机基础沉降观测统计表 项目 编号 面积 站场 6.1.2 成果精度要求 要求扫描测量风机基础完整的三维点云数据，通过两次扫描获取的点云数据叠加进行变形分析，两次扫描间隔为——月，变形分析精度≤6mm。 6.2 工作原理 6.2.1 HDS技术： 近年来三维激光扫描技术发展成熟，陆续用于工程测量等各方面测绘工作。 工程测量本身与各项民生工程息息相关，凡土木工程、防灾与灾害调查、建筑古迹维护、坑道与洞穴测量、工厂设施与管线配置、及自然景观维护等，皆须实施现场的测量以获得三维实景的空间信息。而三维激光扫描仪(3D Laser Scanner) 是内含扫描棱镜之快速雷射测距仪，不需反射棱镜即可精确测得扫描点之三维坐标，其扫描速度可达数万点/秒，打破了传统的单点测量模式，不但在精度和速度上有了质的飞跃，而且对被测物体有一个宏观的认识，能够更好地进行规划与改建等工作。此种快速获得物空间三维信息的仪器，具有相当大的应用潜力与需求，许多困难的工程测量问题，将因此种仪器的引进迎刃而解。 其长处有：只要能有一个仪器立足点，即能以不接触被测物的方式快速获得扫描范围非常高密度且高精度的三维点位，经由配合的数据处理软件便可形成三维向量图形的空间资料；另一特点是主动式量测不需要可见光源，所以在黑暗中亦可进行量测，当有可见光源时，可同时获取被测点的色彩值，形成三维影像(3D Image)，可方便建立虚拟实景。 6.2.2 三维激光扫描原理 三维激光扫描仪的主要构造是一部快速准确的激光测距仪加上一组可导引雷射光以等角速度扫描的反射棱镜，激光测距仪可主动发射激光，同时接收来自「自然物表面」反射之讯号进行测距，针对每一扫描点可测得测站至扫描点的斜距，配合扫描的水平与垂直方向角，可推求得每一扫描点与测站之三维空间相对坐标差，若测站之三维坐标为已知，则可求得每一扫描点的三维坐标。因现在其扫描速度可达数万点/秒，瞬间产生大量观测资料。 6.2.3 扫描的流程 1）支起脚架，将仪器上架并调平，打开激光对中器，进行对中。 2）设置本站坐标以及后视坐标，设置标靶进行定向。 3）设置扫描参数，包括视场范围以及扫描精度。 4）进行扫描（扫描时间根据扫描分辨率的设置而定）。 5）扫描完成后，搬站进行下站扫描，直至覆盖整个被测物体。 6.2.5 变形分析 扫描完成后，将点云数据导入cyclone软件，先进行点云预处理，将点云中的噪点剔除，删除与被测物体无关的点云，以减少数据量，减少无关干扰，以提高变形分析精度。把两次扫描扫描得到点云数据中的关键点坐标导出进行X.Y.Z坐标值的对比分析。将点云数据转换为.xyz格式，利用Geomagic Studio 12软件进行两次扫描数据的叠加对比分析，以获得风机基础的整体变形数据。 6.3 采用的技术和设备 6.3.1 采用的技术 三维激光扫描技术，是近几年来发展起来的一种新的激光测量技术。三维激光扫描技术，主要由三维激光扫描仪和系统软件组成，其工作目标就是快速、方便、准确地获取近距离静态物体的空间三维模型，以便对模型进行进一步的分析和数据处理。其应用范围与近景摄影测量大致相同，但激光扫描系统具有精度高、测量方式更加灵活、方便的特点，因此三维激光扫描可广泛应用于如下的一些方面： （1）建筑物、构筑物的三维建模，如房屋、亭台、庙宇、塔、城堡、教堂、桥梁、高架桥、立交桥、道路、电厂、电站、海上石油平台、炼油厂管道等； （2）小范围的数字地面模型或高程模型，如高尔夫球场、摩托车障碍赛赛车场、岩壁等； （3）独立物体的三维模型，如飞机、轮船、汽车、塑像等； （4）自然地貌的三维模型，如岩洞等。 6.3.2 采用的设备 三维激光扫描系统 三维激光扫描系统是一款三维激光扫描仪集高、高精度于一身,广泛地应用于工程、工厂规划、改建、建筑等工程领域。 三维激光扫描仪的主要特点： 实现全方位扫描 能在已知点上设站，完成后方交会、导线测量， 和全站仪一样的测量精度 超长测量距离 50米距离6mm点位测量精度 三维激光扫描系统主要由以下几个部分组成： 三维激光扫描仪 三脚架 电池和充电器 测量标靶 三维数据处理软件 三维激光扫描仪向目标发射激光脉冲，依次扫描被测区域，快速获得地面景观的三维坐标和反射光强，利用三维数据处理软件进行三维建模，生成地面景观的三维图象和可量测点阵数据，并可方便地转化为多种输出格式的图形产品。 6.3.3 人员配备 熟悉三维激光扫描仪操作，熟练掌握三维数据处理软件以及Geomagic Studio 12