浅谈建立三维工业厂区管理系统技术流程

摘 要：介绍了建立三维工业厂区管理系统的工作流程，通过使用地面及地下仪器进行测绘，获得地面场景数据和地下各种（金属管、电缆）管网对应数据，将测绘到的信息转化为建模数据，并对建模过程中的一些问题，进行了初步的探讨。

关键词：三维建模；管线探测；激光扫描；点云数据

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

0 引言

利用三维激光扫描获取的点云数据进行高精度建模，实现直观展示，迅速、清晰的反映工业厂区现实情况，利用管线探测获取的工业厂区内埋地工艺管线数据进行地下管线的三维化建设。为相关部门应急管理和安全生产管理提供准确的决策参考数据，同时可以让相关人员熟悉整个生产过程，应对生产中可能发生的突发事故。其得益于系统的高度集成性，今后的运行过程中可以减少管理维护的工作强度，提高生产运营的工作效率。为工业厂区的日常管理、施工维护、设计规划决策提供可靠依据。

1 控制测量

控制点拟在CORS系统的基础上施测，执行CH/T2009—2010《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》。

2 管线探测

2.1 地下管线探查方法及具体要求

（1）仪器探测方法试验。开始探测前在不同物理场条件和有代表性的路段进行方法试验，确定探测方法的有效性及精度，选择最佳的工作方法、合适的工作频率、最佳收发距，并确定该仪器和方法测深的修正方法和修正系数。（2）地下管线普查应查明的项目。对探测范围内的地下管线应查明其敷设状况，明显管线点应实地调查、记录和量测所出路的地下管线及其附属设施，实地调查项目应符合《规程》中的要求。

2.2 地下管线探查的步骤和方法

（1）实地调查。对于管线在实地明显可直接定位的管线采用实地调查的方法，实地调查时注意如下几个方面的问题：1）对明显管线点上所出露的地下管线及其附属设施作详细调查，打开所有检修井，查明每条管线的类型、管径、埋深和材质等，并量测所有检修井的井底深。2）对隐蔽点的规格、材质不能确认时，可根据权属单位的调绘资料确定。（2）地下管线的探测。由于地下管线种类不同，材质不同，其本身所具有的地球物理特征也各有差异，因此探测时采用的方法和选用的频率也各不相同。

2.3 管线点编号

管线点编号采用管线代号和点号组成，其中管线代号按管线类型的首拼字母编制。外业物探点号要与管线测量点号保证一致。

2.4 管线点的标注

（1）隐蔽管线点的标注：管线点的地面标志，应保证在管线探测成果验收前不毁失、不移位和易于识别，用统一规格的铁钉打入地面至平，用红色油漆以铁钉为中心（或附属设施井盖中心位置）注上记号“⊕”及管线点号。（2）明显管线点的标注：明显管线点标注在管线点的中心部位，其它标注内容和方法同隐蔽点。为防止管线点标注丢失，除在管线点附近作标注外，还在其附近建（构）筑物上做距离标注 。

3 管线测量

（1）图根控制测量。1）外业观测。每天作业开始和结束时必须对至少一个同等级或高等级已知点进行检核，在平面坐标较差不大于7cm，高程较差不大于10cm时方能作业。2）数据整理。外业数据采集结束后应及时进行数据备份和内业检查，利用同步软件将手簿中的成果输出整理，经检查无误后交外业探测组。

（2）管线点的测量。地下管线点的测量精度：平面位置中误差不得大于±5cm（相对于邻近控制点），高程中误差不得大于±3cm（相对于邻近控制点）。

4 工业厂区三维激光扫描

（1）扫描内容。工业厂区围墙内侧所有露天设备、管道、办公楼等全部进行扫描，围墙外侧不扫描。（2）标靶的布设。观测员应根据本站与下站位置关系，布设标靶。必须保证两站之间有三个公共标靶。标靶布设需两站通视，且三个标靶避免形成直线或者等边三角形布置，标靶距测站不得超过60m。首站与末站之间标靶应闭合布设，以减少拟合误差，保证内业拼接精度。扫描室内设备时，室外设站与室内设站两站之间需要求公共标靶。室内扫描因为空间狭小，3寸蓝白标靶布设不方便，故采用5寸黑白标靶，将纸质打印5寸黑白标靶粘贴于室内墙壁，扫描结束后，标靶测量组测量标靶中心坐标。（3）参数设置。仪器扫描参数设置为高精度，50m处点间距5cm，站场扫描如办公楼等结构简单建筑可设置为中等精度，50m处点间距10cm。扫描范围设置为360°全景扫描。扫描时需开启照片获取，每站扫描结束后仪器会自动拍摄360°全景照片。（4）标靶定位及编号。每站扫描结束后，标靶测量组利用全站仪测量每个标靶的中心位置，记录标靶编号与扫描仪记录标靶编号一致。

5 内业数据处理

（1）点云处理。激光本身没有穿透能力，单一测站无法完整涵盖复杂或大型的地物，实测时需设置多站以便扫描区域能完全涵盖整个被测物的表面。所以我们如果要得到完整的被测物就一定存在拼接的工作。（2）剔除噪音点。在扫描过程中不可避免的会因为环境干扰产生各种噪音点。这些噪音点的存在会影响后续的建模工作，所以要进行噪音点剔除。在Cyclone软件中切换不同视角，采用框选方式删除噪音点，要求作业员耐心细致，要避免误删点云数据。

6 三维建模

根据需要建的模型类型，管道类利用Cyclone软件进行，细小复杂的设备模型利用Geomagic Studio 12建模，最后在3DMAX中進行建筑物、景观植被等建模及各种模型的组合。Geomagic Studio 12建模方法是将需要建模的点云数据从Cyclone软件导出为.txt格式文件，将文件导入Geomagic，进行点云统一化，并进行优化抽稀后封装模型，封装完成的模型面数较多，经过面数简化后，导出.obj格式文件。在Cyclone软件中参照点云矢量化建筑物的三视图，将矢量化好的三视图导入3DMAX软件中建立建筑物模型，将利用其他软件建好的模型进行组合，依照数字城市建模标准进行模型优化，最后进行纹理贴片、烘焙等作业。

参考文献：

[1]CH/T 2009-2010《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》（简称《GPS规范》）[S].

[2]CJJ8-2011《城市测量规范》（简称《规范》）[S].

[3]CJJ61-2003《城市地下管线探测技术规程》[S].

作者简介：孙祥（1988-），男，山东济宁人，本科，助理工程师，从事工程测量、煤矿测量工作。