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解析南水北调工程三维激光扫瞄技术应用
2014年11月1日    评论:    分享:
    来源:人民网

    南水北调中线工程通水进入倒计时,在这项宏伟工程中,测绘地理信息技术也发挥着不可忽视的重要作用。在对该项工程丹江口库区进行地质灾害体调查项目中,湖北省国土测绘院将三维激光扫描技术引入其中,为该项工程提供高质量的测绘保障服务。

  在地质灾害体调查项目中,传统的测绘方法受到地形复杂等因素的限制,得到的数据往往不够精准且耗时长。湖北省国土测绘院根据这一现状,在对丹江口库区进行地质灾害体调查工作的时候,选取了十堰市郧县城关镇牧场沟村黄家槽滑坡等八个影响范围大、对周边威胁大、特征典型的重大地质灾害点作为示范区,开展三维激光扫描技术重大地质灾害测绘示范应用,生产制作了包括地质灾害体DLG数据、DEM数据、三维模型等基础地理信息数据,将灾害体的变形细节特征真实展现在模型上,通过三维模型计算滑坡体土方量,并录入《十堰市南水北调丹江口库区地质灾害防治一张图示范建设》的地质灾害防治管理综合数据库,为今后的地质灾害调查及信息系统提供精准、直观的基础数据,为减灾防灾和制定区域防灾规划提供基础地质依据。

  三维激光扫描技术目前在国内主要应用在文物数字化保护、土木工程、工业测量、历史古建筑物的恢复和保存等领域,在地质灾害应急调查领域的应用尚处于探索阶段。此次利用三维激光扫描仪对丹江水库进行大比例尺工程地质测绘和勘查,研究出了一套地质灾害体三维激光扫描测绘与建模的总体技术路线和流程,实现了立体、直观的全方位展示地质灾害体的全貌,丰富了地质灾害体调查的技术手段和测绘成果表现形式,不仅降低了地质灾害防治部门的工作成本,提高了应急、调查、综合防治的决策水平,也为湖北在地质灾害测绘领域推广应用三维激光扫描技术奠定了理论基础。

  三维激光扫描技术又称“实景复制技术”,将任何复杂的现场环境及空间进行扫描操作,并直接将各种大型的、复杂的、不规则、标准或非标准等实体或实景的三维数据完整的采集到电脑中,进而快速重构出目标的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据,同时,它所采集的三维激光点云数据还可进行各种后处理工作(如:测绘、计量、分析、仿真、模拟、展示、监测、虚拟现实、…等),它是各种正向工程工具的对称应用工具,即:逆向工程工具。所有采集的三维点云数据及三维建模数据都可以通过标准接口格式转换给各种正向工程软件直接使用。

  三维激光扫描技术有六大应用方向:

  1、可用于各种项目任务及产品战略的系统仿真、战略规划、实效推延、电脑模拟、预研预演、虚拟现实分析及评估。

  2、可用于实物原始三维数据及结构形态的现场采集、非线性采集、快速原型、三维存档、再设计、改造改进、逆向三维重构、任务仿真、模拟及评估、后测绘计量、仓容计量、结构特性分析及逆向反求、校验正向设计、各种结构特性测试及试验、...等。

  3、可用于改造工程中的工程规划、吊装、装配、管道布线、方案评估、校验、布局仿真、三维可视化管理、...等。

  4、可用于设施的变形、老化、维修、检测、监测、翻新、更新、加工、仿研、仿制、结构分析、强度分析、静动力分析、加载分析、碰撞试验、结构仿真、内视、...(如:通过应力分析、有限元分析、变形分析、结构特性分析等调用)。

    5、可用于企业可视化管理及虚拟现实应用,如:训练、培训、试验、虚拟制造、虚拟设计、虚拟试验、虚拟视景、仿真机可视化数据资源、评估、模拟、设施管理、三维建档、设施维护、GIS展示、...等。


  6、可用于设施的二维制图还原(如:针对陈旧设施、年久失修的设施、数据缺损的设施、老化变形的设施等)及无纸化操作。

  三维激光扫描技术应用范围也很广泛:

  量化实景对象、三维信息采集、逆向三维重构、逆向三维建模

  空间数据反求、对象逆程设计、预研仿研仿制、虚拟现实应用

  正向工程反证、逆向工程实施、概念设计仿真、逆向制图还原

  结构特性分析、试验工程仿真、后数据测计量、目标形变监测

  工程技效评估、电脑模拟实战、环境适应仿真、工程力学分析

  对抗模拟推演、企业无纸操作、虚拟设计制造、科目效果测试

  整合三维资源、创建三维流程、工装工艺规划、改进改造工程

  历史资源修复、任务方案优化、对象加载仿真、设施维护维修

  模具设计制造、样件样板三维、机电产品检测、三维造型设计

  成型设计还原、压模铸模检测、工艺检测检验、计量测绘分析

  关于三维激光扫描技术应用解析如下:

  三维激光扫描技术不同于单纯的测绘技术(因为传统的高精度测绘技术已经很多,也够用了),它主要面向高精度逆向三维建模及重构,您知道,传统测绘技术主要是单点精确测量,但用它做建模工作时就爱莫能助了,因为描述目标结构的完整属性需要大量的测绘点采集,少则几万个,多则几百万以上,这样才能把目标完整的搬到电脑中来,所以,用现代高精度传感技术做辅助就解决了这个问题,三维激光扫描技术就是这类全自动高精度立体扫描的技术。

  三维激光扫描技术的应用面非常宽广,它是正向建模(如:由人工操作CATIA、UG、CAD、...)的对称应用,所以说它为逆向建模技术(如:从实体或实景中直接还原出模型)。逆向建模可以将设计、生产、实验、使用等过程中的变化内容重构回来,然后进行各种结构特性分析(如:形变、应力、效能、过程、工艺、姿态、预测等)、检测、模拟、仿真、CIMS、CMMS、虚拟现实、柔性制造、虚拟制造、虚拟装配等,这对于有限元分析、工程力学分析、流体动力分析等软件来说是非常重要的,对于精度适合的工作还可以进行后处理测绘、计量等。

  总之,空间数据是一个复杂的、交错的、变化的属性,表面结构仅是这个属性之一、而逆向工程的任务也将随着环境量化、虚拟制造、柔性制造、工装工艺、工件组合、数字工厂、流程操作、可视化仿真、虚拟现实等的应用延伸而不断扩大,社会横向应用面也将进一步广阔。

标签:三维扫描测绘地理南水北调
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