趙威成

(黑龍江科技學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150027)

三維激光掃描系統(tǒng)點(diǎn)云數(shù)據(jù)向AutoCAD數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換

趙威成

(黑龍江科技學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150027)

Cyra三維激光掃描系統(tǒng)是一種先進(jìn)的測繪儀器,但由于它所采集的數(shù)據(jù)量過于巨大,當(dāng)需要將它采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在AutoCAD平臺(tái)進(jìn)行處理時(shí),普通的個(gè)人電腦還無法運(yùn)行如此海量的數(shù)據(jù),以在遼寧省阜新市熱電廠采集的管線數(shù)據(jù)為例,采用數(shù)據(jù)分割、稀化等手段,解決點(diǎn)云數(shù)據(jù)在AutoCAD平臺(tái)上無法正常應(yīng)用的問題,總結(jié)出一種切實(shí)可行的技術(shù)方法。

三維激光掃描系統(tǒng);點(diǎn)云數(shù)據(jù);AutoCAD;數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

Cyra三維激光掃描系統(tǒng)由Cyrax三維激光掃描儀和Cyclone掃描軟件組成。在Cyrax三維激光掃描儀內(nèi),有1個(gè)激光脈沖發(fā)射體,2個(gè)反光鏡快速而有序地旋轉(zhuǎn),將發(fā)射體發(fā)出的窄束激光脈沖依次掃過被測區(qū)域。測量每個(gè)激光脈沖從發(fā)出到被測物表面再返回儀器所經(jīng)過的時(shí)間來計(jì)算距離,同時(shí)編碼器測量每個(gè)脈沖的角度,可以得到被測物體的三維真實(shí)坐標(biāo)。將每個(gè)點(diǎn)實(shí)時(shí)顯示在電腦顯示屏上,就形成了被測物體的點(diǎn)云圖。利用Cyclone軟件可快速將點(diǎn)云圖部分或全部轉(zhuǎn)換成三維模型、二維平面圖、等高線圖或斷面圖等,數(shù)據(jù)可在A utoCAD軟件平臺(tái)上直接使用,也可用Cyclone軟件在點(diǎn)云圖內(nèi)直接完成三維交互式可視化檢測及概念設(shè)計(jì)。

雖然Cyra三維激光掃描系統(tǒng)采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以在A utoCAD軟件平臺(tái)上直接使用,但存在點(diǎn)云數(shù)據(jù)量巨大,普通的個(gè)人電腦無法運(yùn)行如此海量數(shù)據(jù)的問題。本文以作者在阜新熱電廠采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)為例,研究點(diǎn)云數(shù)據(jù)向AutoCAD數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的方法。外業(yè)采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)配準(zhǔn)處理后得到的效果圖如圖1所示。

由于掃描時(shí)使用的點(diǎn)行距為8 mm,列距為6 mm,所以經(jīng)過匹配后的誤差最大不超過8 mm。經(jīng)過驗(yàn)證此次的匹配誤差最大為1 mm,符合要求。

1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為AutoCAD格式

在Cyclone軟件下對點(diǎn)云數(shù)據(jù)做一些特殊的處理不是很方便,例如,管線建模,所以需要對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理使之轉(zhuǎn)換成為AutoCAD格式,在CAD平臺(tái)上進(jìn)行進(jìn)一步的處理工作。

圖1 經(jīng)過匹配的點(diǎn)云

轉(zhuǎn)換方法:首先把剔除干擾點(diǎn)后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為純文本(.txt)格式(見圖2),然后再轉(zhuǎn)換成CAD格式(見圖3)。

2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理

轉(zhuǎn)換成為AutoCAD格式的點(diǎn)云數(shù)據(jù)由100多萬個(gè)點(diǎn)組成,對個(gè)人用戶而言,這些數(shù)據(jù)量實(shí)在是太大,影響到用戶對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行建模,所以要對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

要對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行操作,在AutoCAD肯定是不合適的,海量的數(shù)據(jù)使得CAD的操作變得十分緩慢,所以要處理這些點(diǎn)云數(shù)據(jù),依然要在Cyclone軟件下進(jìn)行。

本文采取的對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方法如下:

2.1 對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊化處理

把點(diǎn)云數(shù)據(jù)分塊就是把整個(gè)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分成一個(gè)一個(gè)的小模塊。在分塊的時(shí)候要注意的是最好按照一根完整的管線把點(diǎn)云數(shù)據(jù)分成小模塊,不要按照網(wǎng)格進(jìn)行分塊(見圖4)。

圖4 分成小模塊后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的一部分

2.2 模塊間的拼接

本文采取的方法是將分成小模塊的管線分別進(jìn)行建模,所以這就要涉及到這些模塊在建模后進(jìn)行拼接,合成一幅完整的管線圖的問題。為解決這個(gè)問題,在將點(diǎn)云數(shù)據(jù)分成單獨(dú)的小模塊的時(shí)候,要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行一些特殊的處理。

將點(diǎn)云數(shù)據(jù)分塊處理的時(shí)候,在分接處上要進(jìn)行一些處理,簡單的說就是在分接處設(shè)立3～4個(gè)參考點(diǎn),作為兩個(gè)相鄰模塊的公共點(diǎn),當(dāng)進(jìn)行接圖的時(shí)候就利用這幾個(gè)參考點(diǎn),如圖5～7所示。

圖7 點(diǎn)云模塊二

2.4 數(shù)據(jù)稀化處理

從圖2的數(shù)據(jù)表中可以看出,有很多點(diǎn) X、Y、Z坐標(biāo)相差有限,只在毫米級(jí)時(shí)有差別,作為管線數(shù)據(jù)這些點(diǎn)都是多余的,所以可以對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行稀化(篩選)處理,這樣就可以大量減少數(shù)據(jù)量。為了做到自動(dòng)、高效地篩選有用的點(diǎn)云數(shù)據(jù),本文使用VC++開發(fā)了一個(gè)簡易的點(diǎn)云數(shù)據(jù)稀化(篩選)工具,如圖10所示。

圖中的藍(lán)點(diǎn)代表的是3個(gè)參考點(diǎn)。

選擇參考點(diǎn)規(guī)則:

1)選取的參考點(diǎn)不能在一條直線上;

2)選取的參考點(diǎn)要盡量在顯眼位置或是管線的頂端;

3)參考點(diǎn)間距要在適當(dāng)范圍內(nèi)取最大值。

2.3 數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理

在上面講述了對點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理,雖然將點(diǎn)云數(shù)據(jù)分成了模塊,減少了單個(gè)模塊的數(shù)據(jù)量,但是對用戶來說,數(shù)據(jù)量還是太大,如圖4所示的點(diǎn)云模塊有30多萬個(gè)點(diǎn),影響到用戶對其操作,所以要對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

從圖5中可以看出,除去管線端點(diǎn)和彎頭等特殊部分,去掉其余的部分還是可以完成管線的建模操作的,可以大大減少點(diǎn)云數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量,如圖8、圖9所示。

圖10 處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件

此方法是根據(jù)坐標(biāo)值(x,y,z)3個(gè)方向,將點(diǎn)云數(shù)據(jù)劃分為若干個(gè)小長方體。每個(gè)小長方體區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的縮減準(zhǔn)則是:通過分析和計(jì)算,確定出小長方體區(qū)域內(nèi)的重心點(diǎn),保留此重心點(diǎn),刪除多余點(diǎn)。

確定小長方體區(qū)域的重心點(diǎn)的方法是:①對小長方體區(qū)域內(nèi)的所有點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算,確定出這些點(diǎn)的中點(diǎn)位置;②計(jì)算所有點(diǎn)到中點(diǎn)的距離,距離最短的點(diǎn)就為重心點(diǎn)。

2.5 最終的AutoCAD格式成果圖

將處理后的管線點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)出,轉(zhuǎn)換成為AutoCAD格式的點(diǎn)云數(shù)據(jù),如圖11所示。經(jīng)過上述方法處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)由最初整體的100多萬個(gè)點(diǎn)坐標(biāo),成為最終單模塊的3萬多個(gè)點(diǎn)坐標(biāo),完全可以在AutoCAD平臺(tái)上進(jìn)行方便、快速的處理操作。

圖11 經(jīng)過處理后AutoCAD格式的管線數(shù)

3 結(jié)束語

Cyra三維激光掃描系統(tǒng)是空間點(diǎn)陣掃描技術(shù)和激光無反射棱鏡長距離快速測距技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一項(xiàng)新測繪技術(shù)。它可以快速高效地獲取測量目標(biāo)的三維影像數(shù)據(jù),使得測繪技術(shù)人員突破傳統(tǒng)測量數(shù)據(jù)處理方法,進(jìn)行新的數(shù)據(jù)挖掘和開發(fā)研究。它是繼GPS空間定位技術(shù)后的又一項(xiàng)測繪技術(shù)革新,將使測繪數(shù)據(jù)的研究內(nèi)容、研究方法進(jìn)入新的發(fā)展階段。因此,Cyra三維激光掃描系統(tǒng)在測繪領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。三維激光掃描測量成果的后處理及與A utoCAD的結(jié)合已形成新的研究方向。

[1]鄭德華.點(diǎn)云數(shù)據(jù)直接縮減方法及縮減效果研究[J].測繪工程,2006,15(4):27-30.

[2]范海英,楊 倫,邢志輝,等.Cyra三維激光掃描系統(tǒng)的工程應(yīng)用研究[J].礦山測量,2004(3):16-18.

[3]黃承亮,吳 侃,向 娟.三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)壓縮方法[J].測繪科學(xué),2009,34(2):142-144.

[4]張遠(yuǎn)智,胡廣洋,劉玉彤,等.基于工程應(yīng)用的3維激光掃描系統(tǒng)[J].測繪通報(bào),2002(1):34-36.

[5]鄭德華,雷偉剛.地面三維激光影像掃描測量技術(shù)[J].鐵路航測,2003(3).

Study on the transformation of data format from point cloud data for 3D laser scanning system to Auto CAD

ZHAO Wei-cheng
(College of Resource and Environment Engineering,Heilongjiang Institute of Science and Technology,Harbin 150027,China)

Gyra-3D Laser Scanning System is an advanced mapping apparatusw hich is w idely used to collect data w hose amount is usually immense.W hen the point cloud data is required to be dealt w ith on the flat roof of Auto CAD,it is hard for ordinary personal computers to run such a large amount of data,w hich causes a big p roblem of data p rocessing.Ow ing to this,on the basis of the data of coup ling pumps collected at the thermoelectricity factory in Fuxin city of Laoning p rovince,the author of the paper solved the p roblem through data segmentation and data dilution,etc.and concluded a p ractical and feasible technic of the transformation of data format.

3D laser scanning system;point cloud data;Auto CAD;transfo rmation of data fo rmat

TP391

A

1006-7949(2010)01-0025-03

2009-05-07

趙威成(1981-),男,助教,碩士.

[責(zé)任編輯劉文霞]