淺談建立三維工業(yè)廠區(qū)管理系統(tǒng)技術(shù)流程

摘 要：介紹了建立三維工業(yè)廠區(qū)管理系統(tǒng)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(shù)據(jù)和地下各種（金屬管、電纜）管網(wǎng)對應(yīng)數(shù)據(jù)，將測繪到的信息轉(zhuǎn)化為建模數(shù)據(jù)，并對建模過程中的一些問題，進行了初步的探討。

關(guān)鍵詞：三維建模；管線探測；激光掃描；點云數(shù)據(jù)

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(shù)據(jù)進行高精度建模，實現(xiàn)直觀展示，迅速、清晰的反映工業(yè)廠區(qū)現(xiàn)實情況，利用管線探測獲取的工業(yè)廠區(qū)內(nèi)埋地工藝管線數(shù)據(jù)進行地下管線的三維化建設(shè)。為相關(guān)部門應(yīng)急管理和安全生產(chǎn)管理提供準確的決策參考數(shù)據(jù)，同時可以讓相關(guān)人員熟悉整個生產(chǎn)過程，應(yīng)對生產(chǎn)中可能發(fā)生的突發(fā)事故。其得益于系統(tǒng)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(chǎn)運營的工作效率。為工業(yè)廠區(qū)的日常管理、施工維護、設(shè)計規(guī)劃決策提供可靠依據(jù)。

1 控制測量

控制點擬在CORS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上施測，執(zhí)行CH/T2009—2010《全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)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(fā)距，并確定該儀器和方法測深的修正方法和修正系數(shù)。（2）地下管線普查應(yīng)查明的項目。對探測范圍內(nèi)的地下管線應(yīng)查明其敷設(shè)狀況，明顯管線點應(yīng)實地調(diào)查、記錄和量測所出路的地下管線及其附屬設(shè)施，實地調(diào)查項目應(yīng)符合《規(guī)程》中的要求。

2.2 地下管線探查的步驟和方法

（1）實地調(diào)查。對于管線在實地明顯可直接定位的管線采用實地調(diào)查的方法，實地調(diào)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(shè)施作詳細調(diào)查，打開所有檢修井，查明每條管線的類型、管徑、埋深和材質(zhì)等，并量測所有檢修井的井底深。2）對隱蔽點的規(guī)格、材質(zhì)不能確認時，可根據(jù)權(quán)屬單位的調(diào)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(zhì)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(yè)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(yīng)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(tǒng)一規(guī)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(shè)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(nèi)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(gòu)）筑物上做距離標注 。

3 管線測量

（1）圖根控制測量。1）外業(yè)觀測。每天作業(yè)開始和結(jié)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(yè)。2）數(shù)據(jù)整理。外業(yè)數(shù)據(jù)采集結(jié)束后應(yīng)及時進行數(shù)據(jù)備份和內(nèi)業(yè)檢查，利用同步軟件將手簿中的成果輸出整理，經(jīng)檢查無誤后交外業(yè)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(yè)廠區(qū)三維激光掃描

（1）掃描內(nèi)容。工業(yè)廠區(qū)圍墻內(nèi)側(cè)所有露天設(shè)備、管道、辦公樓等全部進行掃描，圍墻外側(cè)不掃描。（2）標靶的布設(shè)。觀測員應(yīng)根據(jù)本站與下站位置關(guān)系，布設(shè)標靶。必須保證兩站之間有三個公共標靶。標靶布設(shè)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(yīng)閉合布設(shè)，以減少擬合誤差，保證內(nèi)業(yè)拼接精度。掃描室內(nèi)設(shè)備時，室外設(shè)站與室內(nèi)設(shè)站兩站之間需要求公共標靶。室內(nèi)掃描因為空間狹小，3寸藍白標靶布設(shè)不方便，故采用5寸黑白標靶，將紙質(zhì)打印5寸黑白標靶粘貼于室內(nèi)墻壁，掃描結(jié)束后，標靶測量組測量標靶中心坐標。（3）參數(shù)設(shè)置。儀器掃描參數(shù)設(shè)置為高精度，50m處點間距5cm，站場掃描如辦公樓等結(jié)構(gòu)簡單建筑可設(shè)置為中等精度，50m處點間距10cm。掃描范圍設(shè)置為360°全景掃描。掃描時需開啟照片獲取，每站掃描結(jié)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(jié)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(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)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(fù)雜或大型的地物，實測時需設(shè)置多站以便掃描區(qū)域能完全涵蓋整個被測物的表面。所以我們?nèi)绻玫酵暾谋粶y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(huán)境干擾產(chǎn)生各種噪音點。這些噪音點的存在會影響后續(xù)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(yè)員耐心細致，要避免誤刪點云數(shù)據(jù)。

6 三維建模

根據(jù)需要建的模型類型，管道類利用Cyclone軟件進行，細小復(fù)雜的設(shè)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(shù)據(jù)從Cyclone軟件導(dǎo)出為.txt格式文件，將文件導(dǎo)入Geomagic，進行點云統(tǒng)一化，并進行優(yōu)化抽稀后封裝模型，封裝完成的模型面數(shù)較多，經(jīng)過面數(shù)簡化后，導(dǎo)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(dǎo)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(shù)字城市建模標準進行模型優(yōu)化，最后進行紋理貼片、烘焙等作業(yè)。

參考文獻：

[1]CH/T 2009-2010《全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范》（簡稱《GPS規(guī)范》）[S].

[2]CJJ8-2011《城市測量規(guī)范》（簡稱《規(guī)范》）[S].

[3]CJJ61-2003《城市地下管線探測技術(shù)規(guī)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。