三维激光扫描技术

1、三维激光扫描技术ThiS manuscript WaS revised by the OffiCe On DeCenIber 10, 2020.三维激光扫描技术三维激光扫描技术三维激光扫描技术乂被称为实景复制技术，作为20世纪90年代中期开始出现的一项高 新技术，是测绘领域继GPS技术之后的乂一次技术革命，通过高速激光扫描测量的方法，大 面积、高分辨率地快速获取物体表面各个点的坐标、反射率、颜色等信息，山这些大量、密 集的点信息可快速复建出1:1的真彩色三维点云模型，为后续的内业处理、数据分析等工作 提供准确依据。具有快速性，效益高、不接触性、穿透性、动态、主动性，高密度、高精 度，数字化、自

2、动化、实时性强等特点，很好的解决了 IJ前空间信息技术发展实时性与准确 性的颈瓶。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描 技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形 模型，主要通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维 坐标数据，大量的空间点位信息。是快速建立物体的三维影像模型的一种全新的技术手段。 三维激光扫描技术使工程大数据的应用在众多行业成为可能。如工业测量的逆向工程、对比 检测；建筑工程中的竣工验收、改扩建设计；测量工程中的位移监测、地形测绘；考古项Ll 中的数据存档与修复丄程等等。三维激

3、光扫描原理三维激光扫描仪利用激光测距的原理，通过高速测量记录被测物体表面大量的密集的点 的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测U标的三维模型及线、面、体等各种 图件数据。山于三维激光扫描系统可以密集地大量获取Ll标对象的数据点，因此相对于传统 的单点测量，三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破。 三维激光扫描技术引入建筑工程的意义随着三维扫描技术的发展与成熟，它很快成为空间数据获取的一种重要技术手段，并在 很多行业引起技术性变革的热潮。IJ前，国内建筑行业处于变革的阶段，BlM在我们从事的 行业中引爆，但是都处于一种建模，碰撞分析，检测等方面，但都没有深入衔接

4、现实，忽略 施工工地数据流与建筑信息模型间的流通转化，何谈运维，所以bim模型去哪了并没有贯穿 到bim的全生命周期中去。三维激光扫描技术在BIM中的应用是最基础的一个重要环节，对现场实际数据的米集，经过处理对BIM设汁模型校核，消除设讣与施工现场的误差，提供可 用可交付的bim模型，这在机电安装预制化过程中起到关键作用。在管线综合中，除了软件 里的软碰撞检查，机电模型与现场点云模型的硬碰撞也至关重要。三维激光扫描仪在工程建 设中最本质的应用就是现场数据的获取，区别于传统的点测量，它是建筑工程的大数据，任 何测量、实测实量、施工节点对比、模型校正、竣工交付，数据留存、质量检查等都是依托 于这一

5、大数据，也就衍生出很多的应用。三维激光扫描技术在BlM施工流程中应用示意图表0<0现场实测扫描FARO X130 扌SS 仪 是一个面向广泛扫描 应用的革命性多功能 三维扌潞解决案。其应用范團：BM建筑、结构变 形、工业设施、文化 遗产、事故调査.法Tnmble RealWOrkS 是专为扫描专遊用 而设计的、功能强大 的办公软件。可从各种rnb6扫 描仪导入丰富的数据 并将其转换为引人注 目的三维成果。Tnmble RealWOrkS为数据可视化、通用CAD数据平台扌劉共了一卿大的标虹 具。可UGS行点云与点云姻对比、点云与BlM模型对比I并 生成可交付成果,辅Trimble ReaI

6、WOrkS 提供了非常丰富的点 云导入导出接口，与 AUtOCADX ReVitx SketChU烤主流 CAD类软件无缝衔 接。点云懸可绘霜通常的扫描应用方案总体可以分为三个阶段，现场实测扫描、点云数据处理、高级三维 检测。处理后的数据可以直接导入到CAD. revit等软件辅助建模。下图，是分阶段的工作流 程图：依据点云崖模三维激光扫描技术在工程建设中的应用（1）规划设计阶段：三维激光扫描技术在工程建设规划初期可以完美的提供工程建设现 场1:1的真彩色三维点云模型，包括地形地貌，交通线路，周边建筑（及其细节信息，如步 行广场的平台、走廊、楼梯的位置、坡道；入口和出口点；紧急通道和通风设施；

7、楼层之间 的连接等，相比较无人机航拍更具细节信息），获取更加全面的基础信息。为规划设计提供 准确依据。另外，设计的建筑模型可以匹配到扫描的点云数据中，来进一步检查设计与现场 周边环境的冲突。而TrimbIe扫描的点云模型被作为多维架构的开端，进行AEC规划、设施 资产清单整理，三维框架的应急计划和房地产汁划等。TrimbIe的三维扫描技术无论在建筑施工进程前期、中期、后期的各个阶段都可随时对 工程进行扫描，得到实测实量的高精度点云模型。依据这些点云数据：可以辅助设计人员对 模型、图纸做合理的调整与变更；可以帮助管理人员对匚程质量及状态进行检查；对工程施 工做完整的3D记录、存档，为后期运维提供

8、真实的数据依据。（2）旧改项目中的应用：随着城市的发展，儿乎都会面临旧改的问题，由于设计及施工 的时间跨度大、旧改时期很难找到完全和现场惜况比配的结构图纸资料，这为接下来的房建 设汁施工等工作带来不利因素。如果以传统的测绘手段重新测量获取现场数据将是一个儿乎 不能完成的任务，在这种悄况下使用三维激光扫描技术获取现场实际三维点云数据，为设计 方提供真实可靠的数据进而很好地解决这个问题。数据采集、几何测量工程记录、隐蔽验收空间位置冲突检测土方测定、容积检测点云数据处理丄智能畳测点击几下鼠标就可以轻松虽测出平距、斜距、垂距、淨空、直径、角度、方位角、坡度、倾角和 坐标等一序列数抵i管理、和分析海&#

9、174;RSm占 通过部分加款技术有效地管理梅Jtlt据集丄 方便地从扫描数据中提取目标亠aams和谷RmKML模型来鞋蘇I提供点云全自动配准功能 丄快速检査目标质畳 生成点云配准报吿将天宝GZ光学仪海和3D扫描仪的数据有效地结舍在一起4轻松将所堆内容输出到各个CAD设计平台4 发布独立的项耳数据包用于脱机检视、浏览、IMt和标记注释高级3D检测天宝RedWorkS的高级检测功能是监测应用的理想工具，如土木工程（道路、隧道和桥梁）以及矿 山的监测。其成果可为用户提供更加丰富、详细和有用的信息：丄 检测虹敌据，将其与实际设计进行比较。丄 产生并可视化检査结果P探测任何变化丄荻得差异和形变的二维和

10、3D可视化成果，使变形分析更加容易.丄 在CAD设计文件dxf、dwg中输入斷面圈和几何设计图元 > 以Ckh dwg或dgn格式导出图形文 件。1 利用ReaiWOrkS的打印界面直接打印结果，实现信息共享两次点云剖面对比色il在顶观图中的点云剖切位S依据点云建模可以导入 SketChUp. AUtO CAD. ReVitV 3Ds MAX 等绘经过Trimble RealWOrki处理后的点云. 图软件进行BlM建模或绘制平面轮糜图。傀- i B U y -v ,c 3 k 3 I f 二laMG3l邛，1MBflHnBectoflBMMMMMMMMI >1fcwpfez ?-

11、 - IWH 刁 :； tVl *«1在工厂复杂环境中的应用针对复杂的工厂环境、变电站、特大钢结构、貝杂的大型装备"TriInbIe TX83D激光打描仪提供了全 新的测虽方法，可以快速完成基于完整特征面的测虽.从而采集和记录下完备的相关佶息。针对工厂和管 道的应用，三维描处理软件RCalWOrkS提供了专业的模块完成模型建立.虚拟测鱼，分析计算等功能。通过3D激光扫描仪的基础打描，可以搜集机构或作业现场的完整三维佔息.这些重耍的基础信息为 改建、设计、检测提供真实、高精度的数据源。基于此真实场吊的设计让设计方案制订更全面、准确，并 可以将设计模型与三维场駅进行结合，以对设

12、计进行虚拟校验.干涉检查，避免返工，提高效率"缩短工 期，并节约成本。应用案例广州地铁七号线广州南站站通风机房三维激光扫描项目中铁一局项IJ在机电安装进场时，广州南站站山于土建施工时间久，且经历多次施匸单 位施丄造成遗留问题土建和设计图纸偏差较大，无法按图施工，业主方工期催 促时间紧，现场结构复杂，室内空间杂物较多影响常规测量速度与质量。后采用天宝三维激光扫描技术进行解决。现场外业数据采集两小时，完成 现场测量匸作。后内业处理，迅速提交现场点云模型，设计图纸修改所需相关 现场尺寸，均在点云模型中获取，模型硬碰撞等均在办公室处理完成。ReaIWOrkS中点云模型点云模型与设汁模型匹配R

13、eaIWOrkS中点云模型与设计模型在横梁部位存在碰撞A nlh 疔列»XBm etf： Jm tn* SWMeeHW g S IM INit ICM l*M*MtI K>MmSO«00* iar>l÷cyBtrWZ ©aQg© Q © :£:x.to<n vnQKOH l2 2»,50 Ur50*½> »?X>r52nxni2-r5AHX*1MZr>MtWn P XTA94 HIneS己HMNaViSWOrkS中机电模型与点云模型碰撞检测华润深圳湾国际商业中

14、心春笋项目钢结构扫描测量中建三局作为总包单位，在针对于做钢结构的分包单位就钢结构偏离设计 的问题上，存在纠纷。通过采用三维激光扫描技术，出具量化的，先进性的数 据依据来卡下面的钢结构分包单位。现场扫描钢结构的角度，长度，空间儿何形态测量结合天宝bim放样机器人形成全套bim施丄流程，在机电安装中配套应用,如下图：。I章BIM创新应用4.5测最机器fI章 BIM创新应用4.5.2应用工艺流程4.5测机器人与激光扫描E利用iX<t计战果将洋化SBIM4CUttlKStt件 后仔入討測欣机將人于t 实现股计敢晃刘割砌注 的转化1«FXfiidItt½c样实罠抬卑現场嫌斗一深

15、化后的BnV牌型I章BlM创新应用卑性曲 a>*tt 位 i«i2tna 人的自动SH点功能粕定佼 召碧大怜的复杂曲面.»«3HWSi . iWtt . 1fcteiiftlS ISHirrStin IEXM*节约人工威4 30可8t .规炳因土殛结构 5feIiS8¾SX 惜汉M少返工.I章BIM创新应用4.5测屋机器人与激光扫描I4.5.4 毅光担描h z',Irt与BBldHH桂橡'汕峨拟模空确保JIw=¾,保存建筑I*M同星可呻音"WJ.坏誉虫提供tttg平台.TrreM><1WZ福州某国道隧

16、道扫描dem。总包方因需要对不同隧道挖掘方式的土方量进行精确测算，进而对成本管 控，选取最有的工作方式，及对不同施工节点进行三维激光扫描测量，做好数 据留存，便于后期点云数据叠加分析。Clr fewx 血胎护疔Trtrt SlMMfOrtW<1农遛eift0E T<VOH<13B), Mto CJeC PrIlIMOWmml*J>*yaTr*b*e *MW<orK"Jtt MV、 、nsM«ee厶心小"*k4B XiCtttfi 恃XL ir <fcH*bwwBBtieateMa/必B¾=3工eSHW沏 >4m&

17、gt; « W <I11(1 OOmn-Th?OcIO 00 口 Ifi 云 «-WHmUoaDo *<n-TMaco mJ 护1蠶 ¾J点云数据展示在对采集到的点云数据进行分析处理，得出所需要的横断面轮廓线，及上 方量。ZJ SJHm5Wn* -L： TeE IBU) m> .J Q4W紳8 x ThKMX)«MI C»47 $44(»00«»*n> W4 S760>,00 IrmOB VIUO 4iOOOrrmXVlWgcgg rrm fcl20fmo Sou 24O>8 I

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