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從GeoSLAM掃描到3D模型
案例分享
Cases
採用點雲資料對橋樑主樑截面尺寸進行自動檢測測量。
Sumitomo Mitsui Construction Co., Ltd.（以下簡稱 Sumitomo Mitsui Construction）憑藉 FARO®FocusS 350 Laser Scanner 三維雷射掃描儀對建造中的混凝土橋的橫截面進行測量，開發出了一套依據點雲資料計算橋樑尺寸的“竣工結構自動檢測系統”。通過此系統，測量一個橫截面所需的時間同原來相比大幅縮短了近一半。下面介紹Sumitomo Mitsui Construction 如何充分利用 FocusS350 小巧輕便的特點進行施工管理。
根據點雲資料自動創建竣工圖和書面報告
Sumitomo Mitsui Construction公司Structural Engineering Service Department, Technical & Engineering Service Division部門課長Taisuke Fujioka先生指出“僅需使用FocusS350讀取橋樑橫截面的點雲資料就可以自動完成橋樑橫截面的竣工圖和書面報告”。
Sumitomo Mitsui Construction在所擅長的預應力混凝土大橋（PC橋）的施工中，經常使用被稱為“懸臂架設”的施工方法，即從支撐大橋的橋墩向兩側架設橋樑。
橋樑一般以3~5m的長度作為一個組塊，使用移動式的成型框架在空中一邊澆築混凝土一邊架設。由於橋樑的厚度會隨著遠離橋墩逐漸變薄，因此按組塊進行“成型管理” 測量非常重要，以此確保每個橫截面的幾何結構都符合設計。
據 Sumitomo Mitsui Construction 公司的 Civil Engineering Administration Department, Civil Engineering Division 部門的 Taketoshi Mizuta 先生介紹說“以前的測量主流方式是由兩名測量人員、一名攝影人員、一名錄音人員和一名檢查員組成一個五人小組，用卷尺測量各部分的尺寸。使用這種方法，每一個橫截面需要花費大約 45 分鐘。而使用新開發的系統就使得每一個橫截面的現場測量時間縮短為 20 分鐘”。
（左）待測橋樑的橫截面幾何形狀
（右）採用懸挑架設法施工的混凝土橋樑
橫向安裝 FocusS350進行測量
測量橋樑的橫截面必須要在澆築的混凝土硬化後，去除成型框架後進行。將 FARO FocusS 350 按順序安裝在橋樑前方的左側上下和右側上下的四個位置，對橋樑組塊的橫截面進行點雲測量。但在實際測量上方左右兩點時遇到了問題，如果使用三腳架，橋樑下方就會成為“死角”無法測量。
“於是，我們想到將 FocusS 350 橫向偏轉 90°來進行測量的方法。通過關閉重力感測器成功實現橫向測量。” Sumitomo Mitsui Construction 公司 Structural Engineering Service Department, Technical & Engineering Service Division 部門的 Rei Takaoka 主任談到。“這種使用方法只有小巧輕便的 FocusS 350 才能實現 ”。
對遠端橋樑橫截面進行點雲測量的 FocusS 350。
通過橫向安裝消除測量死角。
在橋樑周圍的多個地方設置“靶球”，將其作為參照點， 用於將 4 個地點測得的點雲資料合成為統一的資料。為了從最佳角度進行掃描，將 FocusS 350 橫向安裝在架空梁上，雖然此時測量人員沒有立足點，但是依然可以通過平板電腦進行遠距離安全作業。
追求硬體、軟體性能的最佳選擇
首先， Takaoka 針對 Sumitomo Mitsui Construction 從眾多的 3D 雷射掃描儀中選中 FARO FocusS 350 做出了如下解釋：“以前使用過的 3D 雷射掃描儀因為體積大、且笨重，在狹窄的地方無法橫向安裝。而 FocusS 350 具有小巧輕便、價格適中的優點，因此非常適合在現場使用。它不僅具有 350m 的遠距離測量能力，還擁有高精度的測量能力，在測量距離為 10m 時精度可以達到±2mm 。這就是我們選擇它的理由。”
在取得點雲資料之後，為達到預期目的，需要使用軟體對點雲進行處理。Sumitomo Mitsui Construction使用Elysium Co. Ltd. 的大規模點雲處理軟體 InfiPoints 處理點雲測量資料並將其圖形化。此款軟體除了可以高速、高精度地對多處點雲資料進行合成，還具有與 BIM（建築資訊模型化）和 CIM（結構資訊模型）軟體無縫連接的功能， 以及能從外部調出特定處理並自動執行等各種便於靈活運用的特點。
在橋樑的成型管理中，主要是針對以橋樑橫截面的頂點和邊為基準進行長度的測量。因此作為 InfiPoints 的可選功能， Sumitomo Mitsui Construction 開發了 SMC-Smart Measure™”，該功能是使用由雷射掃描儀獲得的點雲資料來進行長度測量的。
InfiPoints 具有從點雲資料中自動識別平面要素，並將其作為“面”自動進行 3D 模型化的功能。使用這個功能將橋樑的橫截面作為輪廓進行建模，通過特別開發的程式進行處理，自動求出面的交點座標和各點間的距離。
以 FocusS 350 為代表、FARO FocusS 系列的 3D 雷射掃描儀公開了用於開發相應應用軟體的 SDK（軟體發展人員用套件），使用戶更容易開發出自己的應用軟體。
3D 雷射掃描儀特有的功能和其擴展性
以往點雲資料獲取的方法是，依靠一套對數位相機立體拍攝的照片進行分析和生成的系統。
“在這個案例中，橋樑的橫截面有很多突出的鋼筋，以及貫穿的電纜護套等障礙物，採用照片測量需要拍攝數百張的照片。而使用 FocusS 350 等 3D 雷射掃描儀，可以一次性獲得大量高精度的點雲資料。” Mizuta 先生在闡明 3D 雷射掃描儀的優點時說道。對於未來的展望 Mizuta 先生表示：“3D 雷射掃描儀可以記錄鋼筋的根數和橋樑深處部分的形狀，便於之後確認各部分的成形情況。在不久的將來，可以通過用 VR 眼鏡觀看現場的點雲資料，從而實現遠距離進行現場檢查的工作方式的改革”。
SMC-Smart Measure™ 具有從點雲資料中提取出橋樑輪廓，並自動測量指定位置距離的功能 。 通過輸入點雲資料，可以自動創建報告。
