淺談建立三維工業廠區管理系統技術流程

摘 要：介紹了建立三維工業廠區管理系統的工作流程，通過使用地面及地下儀器進行測繪，獲得地面場景數據和地下各種（金屬管、電纜）管網對應數據，將測繪到的信息轉化為建模數據，并對建模過程中的一些問題，進行了初步的探討。

關鍵詞：三維建模；管線探測；激光掃描；點云數據

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.106

0 引言

利用三維激光掃描獲取的點云數據進行高精度建模，實現直觀展示，迅速、清晰的反映工業廠區現實情況，利用管線探測獲取的工業廠區內埋地工藝管線數據進行地下管線的三維化建設。為相關部門應急管理和安全生產管理提供準確的決策參考數據，同時可以讓相關人員熟悉整個生產過程，應對生產中可能發生的突發事故。其得益于系統的高度集成性，今后的運行過程中可以減少管理維護的工作強度，提高生產運營的工作效率。為工業廠區的日常管理、施工維護、設計規劃決策提供可靠依據。

1 控制測量

控制點擬在CORS系統的基礎上施測，執行CH/T2009—2010《全球定位系統實時動態測量（RTK）技術規范》。

2 管線探測

2.1 地下管線探查方法及具體要求

（1）儀器探測方法試驗。開始探測前在不同物理場條件和有代表性的路段進行方法試驗，確定探測方法的有效性及精度，選擇最佳的工作方法、合適的工作頻率、最佳收發距，并確定該儀器和方法測深的修正方法和修正系數。（2）地下管線普查應查明的項目。對探測范圍內的地下管線應查明其敷設狀況，明顯管線點應實地調查、記錄和量測所出路的地下管線及其附屬設施，實地調查項目應符合《規程》中的要求。

2.2 地下管線探查的步驟和方法

（1）實地調查。對于管線在實地明顯可直接定位的管線采用實地調查的方法，實地調查時注意如下幾個方面的問題：1）對明顯管線點上所出露的地下管線及其附屬設施作詳細調查，打開所有檢修井，查明每條管線的類型、管徑、埋深和材質等，并量測所有檢修井的井底深。2）對隱蔽點的規格、材質不能確認時，可根據權屬單位的調繪資料確定。（2）地下管線的探測。由于地下管線種類不同，材質不同，其本身所具有的地球物理特征也各有差異，因此探測時采用的方法和選用的頻率也各不相同。

2.3 管線點編號

管線點編號采用管線代號和點號組成，其中管線代號按管線類型的首拼字母編制。外業物探點號要與管線測量點號保證一致。

2.4 管線點的標注

（1）隱蔽管線點的標注：管線點的地面標志，應保證在管線探測成果驗收前不毀失、不移位和易于識別，用統一規格的鐵釘打入地面至平，用紅色油漆以鐵釘為中心（或附屬設施井蓋中心位置）注上記號“⊕”及管線點號。（2）明顯管線點的標注：明顯管線點標注在管線點的中心部位，其它標注內容和方法同隱蔽點。為防止管線點標注丟失，除在管線點附近作標注外，還在其附近建（構）筑物上做距離標注 。

3 管線測量

（1）圖根控制測量。1）外業觀測。每天作業開始和結束時必須對至少一個同等級或高等級已知點進行檢核，在平面坐標較差不大于7cm，高程較差不大于10cm時方能作業。2）數據整理。外業數據采集結束后應及時進行數據備份和內業檢查，利用同步軟件將手簿中的成果輸出整理，經檢查無誤后交外業探測組。

（2）管線點的測量。地下管線點的測量精度：平面位置中誤差不得大于±5cm（相對于鄰近控制點），高程中誤差不得大于±3cm（相對于鄰近控制點）。

4 工業廠區三維激光掃描

（1）掃描內容。工業廠區圍墻內側所有露天設備、管道、辦公樓等全部進行掃描，圍墻外側不掃描。（2）標靶的布設。觀測員應根據本站與下站位置關系，布設標靶。必須保證兩站之間有三個公共標靶。標靶布設需兩站通視，且三個標靶避免形成直線或者等邊三角形布置，標靶距測站不得超過60m。首站與末站之間標靶應閉合布設，以減少擬合誤差，保證內業拼接精度。掃描室內設備時，室外設站與室內設站兩站之間需要求公共標靶。室內掃描因為空間狹小，3寸藍白標靶布設不方便，故采用5寸黑白標靶，將紙質打印5寸黑白標靶粘貼于室內墻壁，掃描結束后，標靶測量組測量標靶中心坐標。（3）參數設置。儀器掃描參數設置為高精度，50m處點間距5cm，站場掃描如辦公樓等結構簡單建筑可設置為中等精度，50m處點間距10cm。掃描范圍設置為360°全景掃描。掃描時需開啟照片獲取，每站掃描結束后儀器會自動拍攝360°全景照片。（4）標靶定位及編號。每站掃描結束后，標靶測量組利用全站儀測量每個標靶的中心位置，記錄標靶編號與掃描儀記錄標靶編號一致。

5 內業數據處理

（1）點云處理。激光本身沒有穿透能力，單一測站無法完整涵蓋復雜或大型的地物，實測時需設置多站以便掃描區域能完全涵蓋整個被測物的表面。所以我們如果要得到完整的被測物就一定存在拼接的工作。（2）剔除噪音點。在掃描過程中不可避免的會因為環境干擾產生各種噪音點。這些噪音點的存在會影響后續的建模工作，所以要進行噪音點剔除。在Cyclone軟件中切換不同視角，采用框選方式刪除噪音點，要求作業員耐心細致，要避免誤刪點云數據。

6 三維建模

根據需要建的模型類型，管道類利用Cyclone軟件進行，細小復雜的設備模型利用Geomagic Studio 12建模，最后在3DMAX中進行建筑物、景觀植被等建模及各種模型的組合。Geomagic Studio 12建模方法是將需要建模的點云數據從Cyclone軟件導出為.txt格式文件，將文件導入Geomagic，進行點云統一化，并進行優化抽稀后封裝模型，封裝完成的模型面數較多，經過面數簡化后，導出.obj格式文件。在Cyclone軟件中參照點云矢量化建筑物的三視圖，將矢量化好的三視圖導入3DMAX軟件中建立建筑物模型，將利用其他軟件建好的模型進行組合，依照數字城市建模標準進行模型優化，最后進行紋理貼片、烘焙等作業。

參考文獻：

[1]CH/T 2009-2010《全球定位系統實時動態測量（RTK）技術規范》（簡稱《GPS規范》）[S].

[2]CJJ8-2011《城市測量規范》（簡稱《規范》）[S].

[3]CJJ61-2003《城市地下管線探測技術規程》[S].

作者簡介：孫祥（1988-），男，山東濟寧人，本科，助理工程師，從事工程測量、煤礦測量工作。