寫(xiě)在前面

隨著城市現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，城市的基礎(chǔ)設(shè)施也在不斷地?cái)U(kuò)容和增容，地下基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后的問(wèn)題日益突出，經(jīng)常出現(xiàn)反復(fù)開(kāi)挖路面、管線事故頻發(fā)等問(wèn)題，此需要對(duì)地上和地下空間進(jìn)行更合理利用。

而地下管廊這一集成了各種管線的龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)的出現(xiàn)，肩負(fù)起0輸送和調(diào)配能源的職責(zé)，一方面避免了管線敷設(shè)、維修導(dǎo)致城市道路的反復(fù)開(kāi)挖，減少了“馬路拉鏈”等問(wèn)題的出現(xiàn)，降低因道路的開(kāi)挖對(duì)居民生活的影響。另一方面，管廊使城市地下空間得到了充分的利用，有效的減少市政管網(wǎng)的維修成本，解決傳統(tǒng)地下管線維修困難的問(wèn)題，也便于對(duì)市政管線的統(tǒng)一管理與協(xié)調(diào)。

可以說(shuō)，地下管廊延伸到城市的每一個(gè)角落，是城市的命脈。也正是因?yàn)榈叵鹿芾鹊膹?fù)雜、高質(zhì)量要求，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的管理是一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

本期案例分享中，滬敖攻城獅對(duì)電力管廊依據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向建模，一方面可以使得空間關(guān)系復(fù)雜的管線在表現(xiàn)上層次清晰，第二點(diǎn)，則是可以在后續(xù)的真實(shí)模型中進(jìn)行碰撞檢測(cè)，使管線布置更加合理，讓然由于其能真實(shí)、完整地描述真實(shí)世界，使得相關(guān)部門(mén)能更容易掌握管理方法。

本項(xiàng)目中使用的設(shè)備是天寶Trimble X7。

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流程來(lái)啦

一、獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)

1.1 現(xiàn)場(chǎng)踏勘

對(duì)所需要掃描的管廊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，確定控制點(diǎn)的布設(shè)位置及搬站的距離。管廊總長(zhǎng)為450米，兩端各有一個(gè)檢修井?？刂泣c(diǎn)布設(shè)在負(fù)一層檢修平臺(tái)上，負(fù)二層為地下管廊位置。考慮到點(diǎn)云密度及拼接精度的影響，搬站距離控制在 10 米左右。

1.2 控制點(diǎn)掃描

利用全站儀免棱鏡測(cè)量的方式，測(cè)得兩端檢修平臺(tái)上的八個(gè)圖根控制點(diǎn)。將X7架設(shè)在控制點(diǎn)附近對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行掃描，無(wú)需用全站儀引點(diǎn)到負(fù)二層管廊中。X7掃描負(fù)一層和負(fù)二層數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)拼接后進(jìn)行坐標(biāo)匹配，完成坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。

1.3 管廊掃描

對(duì)負(fù)二層管廊進(jìn)行三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，間隔 10 米進(jìn)行搬站。X7單站掃描時(shí)間僅為2分半鐘（包含高清全景影像拍攝）

1.4 測(cè)站數(shù)據(jù)全自動(dòng)拼接

X7掃描儀具有全自動(dòng)校準(zhǔn)、全自動(dòng)整平、全自動(dòng)拼接等獨(dú)特功能，原始數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在工業(yè) 級(jí) U 盤(pán)上，同時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至標(biāo)配平板，數(shù)據(jù)雙備份保證數(shù)據(jù)安全。無(wú)需過(guò)多的人工干擾，無(wú)需原始數(shù)據(jù)導(dǎo)出拷貝的時(shí)間，減少內(nèi)業(yè)拼接用時(shí)，提高內(nèi)業(yè)處理效率。

1.5 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

將掃描儀掃描的控制點(diǎn)與全站儀測(cè)得的控制點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，使管廊數(shù)據(jù)整體轉(zhuǎn)換為JD坐標(biāo)。Trimble Perspective利用同名點(diǎn)標(biāo)靶進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換操作容易理解上手，無(wú)需過(guò)多的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換知識(shí)。

二、建模

在不改變用戶(hù)使用習(xí)慣的情況下，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)縫加載在第三方軟件平臺(tái)中，支持快速定義坐標(biāo)系、快速切片、自適應(yīng)畫(huà)線工具，能夠幫助客戶(hù)對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行快速成圖，實(shí)現(xiàn)從三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中到二維圖形的繪制。

通過(guò)以上三維掃描+建模的方式，我們將專(zhuān)業(yè)、抽象的資料轉(zhuǎn)化成了形象、直觀的管廊三維模型，為相關(guān)部門(mén)提供真實(shí)的、可視化的模型數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步提高相關(guān)部門(mén)的規(guī)劃和施工的科學(xué)性、有效性的提供了重要參考。

三、總結(jié)

Trimble X7設(shè)備輕便，整套設(shè)備一個(gè)背包即可完成運(yùn)輸，無(wú)需額外的配件，單人即可進(jìn)入狹窄 的地下綜合管廊，無(wú)需多人協(xié)助即可完成外業(yè)的掃描作業(yè)。

X7相比于常規(guī)的掃描儀，在速度上有很大的提升，比傳統(tǒng)的全站儀效率提高更為明顯。單站作業(yè)時(shí)間繼僅需短短的90秒（含自動(dòng)校準(zhǔn)及整平作業(yè)）即可采集完畢，無(wú)需照準(zhǔn)點(diǎn)位即可測(cè)量，操作簡(jiǎn)單便捷，極大地提高外業(yè)作業(yè)效率。

X7配備平板，可實(shí)現(xiàn)測(cè)站間的自動(dòng)拼接，無(wú)需數(shù)據(jù)進(jìn)入到后處理軟件中進(jìn)一步處理，Trimble Perspective利用重疊部分進(jìn)行JZ拼接，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可見(jiàn)。相比于全站儀轉(zhuǎn)站方式，累積誤差小，測(cè)量精度得以保證，且無(wú)需布設(shè)符合導(dǎo)線，有效地解決了全站儀轉(zhuǎn)站誤差累積大的問(wèn)題。

寫(xiě)在后面

建立地下管廊的三維模型，在城市地下管線的建設(shè)中可以發(fā)揮巨大的作用。

地下管廊的復(fù)雜性和特殊性造成了地下管線種類(lèi)繁雜，數(shù)量眾多的特點(diǎn)，并且由于地下管廊空間層次分明，地上地下聯(lián)系緊密的特點(diǎn)，數(shù)字孿生系統(tǒng)的應(yīng)用為地下管廊的科學(xué)管理提供了良好的解決方案。

例如本案例中的電力管廊，以往使用的是基于二維的管理模式，使用平面的線要素來(lái)描述管線段，抽象化的圖形圖像與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景不符，較難進(jìn)行一體化的空間分析和管理。我們采用激光掃描儀對(duì)實(shí)體進(jìn)行三維掃描，形成與實(shí)物裝置完全一致的點(diǎn)云圖，再在輔助軟件的幫助下由人工依托點(diǎn)云進(jìn)行建模的方法，可以快速、便捷、準(zhǔn)確的在數(shù)字空間對(duì)物理實(shí)物建立3D模型，保證了孿生模型具有高保真、高可靠、高精度的特征，對(duì)于地下管廊這種具有高精度應(yīng)用需求的場(chǎng)景尤為適用，從而為數(shù)字孿生提供了真實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

之后，在此基礎(chǔ)上，可以在軟件系統(tǒng)中賦予輔以數(shù)據(jù)分析和仿真模擬，近乎實(shí)時(shí)地呈現(xiàn)物理實(shí)體的實(shí)際情況, 并通過(guò)虛實(shí)交互接口對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行控制。

從而實(shí)現(xiàn)物理系統(tǒng)與信息空間數(shù)字化模型映射，完成虛實(shí)之間的數(shù)據(jù)和信息的連接。

對(duì)地下管廊的有效管理，可以消除由于難以協(xié)同管理而造成的資源嚴(yán)重浪費(fèi)和對(duì)城市市容、交通和居民生活等的不良影響，為保障城市安全、提高城市綜合承載能力和城鎮(zhèn)化發(fā)展質(zhì)量做出貢獻(xiàn)。

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