空中自行車道三維建模鋼結(jié)構(gòu)測(cè)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(shè)。2017?年?01?月?20?日工程完成竣工。起點(diǎn)BRT?洪文站，終點(diǎn)BRT?縣后站，全長(zhǎng)約?7.6?公里。空中自行車道是全國(guó)首條、世界最長(zhǎng)的空中自行車道，已于?2017?年?01?月26?日試運(yùn)行，開放時(shí)間為每天?06：30-22：30，禁止行人和電動(dòng)車進(jìn)入。根據(jù)測(cè)量要求，在衛(wèi)星地圖上定位需要掃描路段進(jìn)行線路規(guī)劃，假設(shè)架站位置點(diǎn)的數(shù)目，以此估算出此次測(cè)量需要的工作時(shí)間。根據(jù)測(cè)量要求，?在衛(wèi)星地圖上定位需要掃描路段進(jìn)行線路規(guī)劃，假設(shè)架站位置點(diǎn)的數(shù)目，以此估算出此次測(cè)量需要的工作時(shí)間。

上圖：項(xiàng)目路線圖

抵達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)需要測(cè)量物體進(jìn)行環(huán)境評(píng)估，觀察整體建筑物的輪廓走向以及周邊環(huán)境對(duì)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(duì)被測(cè)物體較少遮擋的位置進(jìn)行擺設(shè)站點(diǎn)掃描。

站點(diǎn)布置如下俯視圖所示（白色：橋體，紅色：架站點(diǎn)），從需要測(cè)量的位置定為起點(diǎn)開始以至少三站為一列延著結(jié)構(gòu)走向往結(jié)束段擺設(shè)站點(diǎn)，測(cè)量路段總長(zhǎng)度約為?1KM，站點(diǎn)間距為?15m~20m?之間，單站掃描時(shí)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(shí)的參照物，可設(shè)站掃描，便于后期處理。

分叉口應(yīng)將站點(diǎn)擺設(shè)至能覆蓋岔道口的位置，并且雙車道之間需單獨(dú)設(shè)站，以確保數(shù)據(jù)的完整性。同時(shí)，遮擋嚴(yán)重的范圍可根據(jù)情況設(shè)立多個(gè)站點(diǎn)

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

上圖：結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可根據(jù)地形對(duì)架站點(diǎn)位置進(jìn)行調(diào)整，便于更好地掃描

上圖：現(xiàn)場(chǎng)照片

數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)據(jù)拼接

將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入進(jìn)scene?軟件進(jìn)行操作

? ? ?基于俯視圖的拼接是?SCENE?用于多數(shù)注冊(cè)流程的通用工具。它不需要目標(biāo)，而且能夠較快地拼接大型掃描項(xiàng)目，如果傾角儀數(shù)據(jù)可用，則基于俯視圖的注冊(cè)與初始掃描儀位置無關(guān)。如果掃描沒有傾角儀數(shù)據(jù)，則使用其當(dāng)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(diǎn)拼接到一定范圍內(nèi)，此步驟為初次拼接

二次拼接則采用云際拼接，使用云對(duì)云注冊(cè)的前提條件是掃描站直接的大致位置相近，例如使用對(duì)應(yīng)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(diǎn)云掃描是進(jìn)行了數(shù)百萬次測(cè)量的結(jié)果，正如任何其他測(cè)量一樣，它達(dá)到了多種不同等級(jí)的精度。不可能真正做出準(zhǔn)確的物理測(cè)量，對(duì)于不同物體不同環(huán)境都可能對(duì)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(diǎn)。所以還需要手動(dòng)的通過軟件進(jìn)行刪除，?首次優(yōu)化采取預(yù)處理掃描。

預(yù)處理掃描只能小范圍的剔除噪點(diǎn)，還需手動(dòng)進(jìn)行創(chuàng)建裁剪框進(jìn)行刪除

導(dǎo)出數(shù)據(jù)

因后期需要導(dǎo)入進(jìn)?autodesk?軟件中進(jìn)行后處理，需將拼接好的文件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，所以導(dǎo)出的文件應(yīng)當(dāng)選擇PTS?文件，只有這個(gè)格式才能導(dǎo)入RECAP?軟件中轉(zhuǎn)換。

格式轉(zhuǎn)換

利用RECAP?將導(dǎo)出的PTS?文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

經(jīng)過格式轉(zhuǎn)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(jìn)行三維建模（必須是?3DMax2015?版本以上帶有PointCloud?功能才能進(jìn)行導(dǎo)入點(diǎn)云文件），將已經(jīng)處理好的RCP?文件導(dǎo)入進(jìn)?3DMax。

創(chuàng)建裁剪框?qū)⑿枰@示的部分進(jìn)行框選

打開捕捉工具對(duì)點(diǎn)云的邊界點(diǎn)進(jìn)行捕捉，通過模型的自由編輯調(diào)節(jié)出標(biāo)準(zhǔn)的輪廓外形。

最后得到一個(gè)未賦予材質(zhì)的模型（俗稱白模）：

對(duì)模型賦予材質(zhì)，根據(jù)實(shí)地拍照取景，獲取出現(xiàn)場(chǎng)張片在?Photoshop?軟件中對(duì)圖片進(jìn)行調(diào)整，?調(diào)整后的圖片則能加載進(jìn)3DMAX?材質(zhì)編輯器中進(jìn)行利用：

?

最后將編輯好的材質(zhì)賦予到相應(yīng)的模型面上：

將整體模型賦予材質(zhì)后則完成了一個(gè)模型的完整制作：

鋼箱梁點(diǎn)云與設(shè)計(jì)模型進(jìn)行對(duì)比，首先將設(shè)計(jì)模型導(dǎo)入?3DMAX?進(jìn)行切片處理：

截取出立面，得到設(shè)計(jì)模型的立面文件存儲(chǔ)為DXF?格式：

再將鋼箱梁的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行立面截取，保存為RCP?文件：

最后將兩個(gè)文件導(dǎo)入CAD?進(jìn)行比較（白色為點(diǎn)云，紅色為模型）。下圖為多段數(shù)據(jù)對(duì)比：

誤差分析

從誤差理論來分析，掃描系統(tǒng)測(cè)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(diǎn)的坐標(biāo)偏差，可通過公式改正或修正系統(tǒng)予以消除或減小。測(cè)量系統(tǒng)的偶然性誤差是一些隨機(jī)性誤差的綜合體現(xiàn)。?三維激光測(cè)量誤差的影響因素較多，大致可分為三類：儀器誤差、與目標(biāo)物體反射面有關(guān)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(cè)量誤差，包括激光測(cè)距的誤差、掃描角度測(cè)量的誤差；與目標(biāo)物體反射面有關(guān)的誤差主要是目標(biāo)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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