楊珀 羅沙 胡育蓉

摘 要：隨著科學技術的發(fā)展，測繪技術越來越先進，測繪速度也越來越快，變電站對于構建三維模型的需求得到了完美地滿足，該文介紹了三維激光掃描儀的掃描原理，以及三維激光掃描儀在變電站三維模型構建中的應用。

關鍵詞：三維激光掃描儀 變電站 三維模型

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（b）-0046-01

GPS技術的出現(xiàn)，是測繪領域的革命性技術，然而GPS這種測量技術，在變電站這種特殊地區(qū)，無法進行有效的測繪，而另一項突破性技術，三維激光掃描技術，它非接觸式測量點云數(shù)據(jù)的測繪方式，能夠很好地解決這個問題。

1 三維激光掃描儀

1.1 三維激光掃描儀簡介

三維激光掃描儀采用的是三維激光掃描技術，三維激光掃描技術是一項能夠?qū)嵕斑M行三維復制的技術，它和GPS技術一樣，都是在測繪領域?qū)儆谕黄菩缘募夹g。相比起采用單點測量的傳統(tǒng)測繪方法，三維激光掃描不僅測繪效率高，而且精準也遠超過單電測量技術，這是三維激光掃描技術的獨特優(yōu)勢。三維激光掃描技術通過對目標物體進行掃描，從而得出三維點云數(shù)據(jù)，對三維點云數(shù)據(jù)進行相應的處理，就可以構件目標物體的三維模型了，由此構建出來的三維模型，不僅精度高，分辨率也很高。

1.2 三維激光掃描儀原理

三維激光掃描技術就是利用激光掃描的原理，對目標物體進行掃描，并得出相應的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行處理后建立三維模型。其中，需要對目標物體表面進行掃描的信息包括大量點坐標、材質(zhì)反射率和表面紋理等，通過對這些數(shù)據(jù)進行處理，即可快速構建目標物體的三維模型，并且蘊含線、面、體等數(shù)據(jù)。三維激光掃描技術和單點測量技術的區(qū)別在于，單點測量技術是對單點進行測量，而三維激光掃描技術是對大量的點進行測量，大量密集的點，就相當于是面，所以三維激光掃描技術是從點到面的技術突破。

2 三維激光掃描儀在變電站三維模型構建中的應用

2.1 掃描站點布設

三維激光掃描儀測程和測量速度的不同，對掃描站點的布設有很大的影響，掃描站點在布設時，需要考慮到各個站點之間的互補性、相鄰站點之間的通視性，并且要保證站點的覆蓋面能夠囊括整個變電站。如果掃描站點布設不合理，很可能會導致數(shù)據(jù)采集不夠完整，最終構建的變電站三維模型有缺失現(xiàn)象。

2.2 標靶布設

保證點云數(shù)據(jù)配準的精度是一件十分重要的工作，如果點云數(shù)據(jù)配準的精度不高，那么后期處理數(shù)據(jù)對變電站三維模型構建時，同樣會出現(xiàn)精度不高的現(xiàn)象。所以，對采集到的點云數(shù)據(jù)進行精確配準一直都是三維激光掃描技術中的重難點，而標靶的存在，能夠很好地保證多個掃描站點采集到的數(shù)據(jù)，能夠精準的統(tǒng)一到同一個數(shù)據(jù)集里去。所以標靶在布設時，應該分布均勻，保證每個掃描站點至少能看見四個標靶，標靶與控制點的連接方法是：在標靶中心粘貼測距反射片，令掃描儀和全站儀都能觀測到同一個坐標點。

2.3 數(shù)據(jù)采集

在對變電站進行數(shù)據(jù)采集時，可以利用RiSCAN PRO軟件對三維激光掃描儀進行控制，操縱其對變電站的實體和反射參照點進行掃描，最終得出變電站的幾何位置信息、點云發(fā)射密度和相機獲取的影響信息，這三類信息會被RiSCAN PRO軟件統(tǒng)統(tǒng)保存在新工程文件中。在制作正射影像圖時，需要完整的原始像素，這就要求在對變電站進行掃描時，數(shù)碼相機的鏡頭應始終保持與目標物體的立面平行。

另外，在對變電站進行數(shù)據(jù)采集時，需要注意點密度的控制，三維激光掃描相對于傳統(tǒng)掃描，在技術上有了重大突破，從“點掃描”變成了“面掃描”，其實所謂的面掃描，就是由大量的點構成的，三維激光掃描儀能夠通過激光掃描獲取大量的三維點坐標，而構成一個面所需要的點數(shù)量，即點密度，點密度關系到模型的精度，可是點密度必須合理控制，尤其是在對變電站進行三維建模時，因為變電站的三維模型構建，其目的是為了方便智能化管理，對于模型精度要求并不高，如果過對追求點密度，就會導致采集數(shù)據(jù)所需要的工作時間增長，對變電站這種大型建筑群進行采集數(shù)據(jù)的難度也會隨之增大，并且由于數(shù)據(jù)過多，軟件處理起來也更加緩慢，而這就與三維激光掃描技術的“快速測量”初衷就相違背了。

所以，分析變電站三維模型構建的需求，可以在對變電站進行激光掃描時，選擇奧地利RIEGL 公司VZ-1000型三維激光掃描儀。

2.4 數(shù)據(jù)處理

可以使用RIEGL 公司VZ-1000型三維激光掃描系統(tǒng)提供的RiSCAN PRO軟件，來對采集到的變電站點云數(shù)據(jù)進行預處理，預處理主要包括點云拼接、影像匹配、點云裁剪和點云輸出等。其中，點云拼接是把不同的掃描站點進行拼接，使得這些掃描站點的數(shù)據(jù)能夠統(tǒng)一到一個數(shù)據(jù)集里去。RiSCAN PRO軟件提供了三種點云拼接方法，分別是：基于“測站點+后視點”的點云拼接、基于標靶的點云拼接和基于點云數(shù)據(jù)的點云拼接。最后運用Geomagic Studio軟件的建模功能對點云進行模型建立。

2.5 三維模型構建

當采集到的變電站點云數(shù)據(jù)處理完成后，可以采用Geomagic Studio軟件對變電站的三維構型進行構建，該軟件的主要功能是：對點云數(shù)據(jù)進行預處理，將其轉(zhuǎn)換為多邊形，然后對多邊形進行快速處理，減少其數(shù)目，之后將多邊形轉(zhuǎn)換成可以進行曲面分析的NURBS曲面，最后將處理完成的數(shù)據(jù)進行多種格式輸出。相比起傳統(tǒng)的CAD軟件，Geomagic Studio軟件擁有很多優(yōu)勢，比如用戶獲得的多邊形和NURBS曲面是十分完美的，而且在Geomagic Studio軟件在處理各種復雜形狀如曲面、圓柱等時，運行速度更快，等等。在對變電站進行三維模型構建時，變電站的高壓絕緣子可以通過Geomagic Studio軟件的獨特曲面功能進行組合；變電站的變壓器采用曲面延伸與長方體組合生成方式，建立確切的三維模型，細節(jié)后期可以通過紋理的粘貼進行完善。高壓支柱瓷絕緣子套管采用柱體、球體、管狀體等幾種組合圖形，利用其自動匹配方式進行各自模型的生成，然后根據(jù)點云組合模型。

3 結(jié)語

綜上所述，使用三維激光掃描儀，能夠快速的采集點云數(shù)據(jù)，并通過相應的軟件對數(shù)據(jù)進行處理，從而實現(xiàn)變電站三維模型的構建。

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