邵岚岩
上海濠浜建筑工程咨询有限公司
摘要：通过徕卡高端设备的技术发展，对于无法直接量取的三维空间尺寸来说，需要逆向建模后才可查询到完整的空间尺寸关系，极大的提升了工作效率与数据的准确性，也丰富了数据资料的准确性、直观性与可视性。
关键词：徕卡MS60扫描仪，逆向建模，桥吊，空间尺寸
Leica MS60 MultiStation based on the application of old bridge crane relocation
Shao Lan-yan
Shanghai Haobang Construction Engineering Consulting Co., Ltd
Abstract：Through the technological development of Leica high-end equipment, for the three-dimensional space size that cannot be directly measured, the reverse spatial modeling is required to query the complete spatial size relationship, which greatly improves the work efficiency and data accuracy, and also enriches The accuracy, intuitiveness and visibility of the data
Key word:Leica MS60 MultiStation, Reverse modeling, bridge crane, three-dimensional space size
一、项目概况
在现代繁忙的码头货运应用中，存在大量八九十年代生产的老旧桥吊需要整体搬迁运输拆解的情况，而目前在整体搬迁中运输风险不言而喻，因老旧桥吊常年驻扎海运码头，一直经受海风海盐的侵蚀，对主体结构存在一定的安全隐患，特别是对位于非洲各沿海码头来说，因桥吊的海上运输需经过好望角，而好望角又被称之为海上航线的“鬼门关”，其风浪对于废旧桥吊是一个严重的考验，而这些存在于非洲各大港口的废旧桥吊又都因年代久远，档案管理上没有跟进，导致现阶段没有完整的图纸可查阅，这对实施整体搬迁的工作组来说是一个严重的资料缺失问题，直接影响到搬迁中的力学计算问题，而徕卡 MS60 全站扫描仪吸引了他们的注意力，利用徕卡MS60的高精度扫描功能，对废旧桥吊进行细致的扫描，以获取其整体点云数据，再利用点云数据进行三维模型的建立，从而可以在模型中查询该桥吊的尺寸与力臂受力情况；最终在设计桥吊的整体搬迁方案中，计算具体绑扎位置与焊接位置，并且模型与实际桥吊具有一比一的高仿真性与可视性，模型所示位置即可在桥吊上实际找到，为后期方案的具体实施提供了数据准确性的保障。
二、MS60全站扫描仪的优势
目前，三维激光扫描仪绝大多数仅具备采集三维激光点云数据的功能，无法准确地获得测站点的绝对坐标信息，且在点云数据的内业处理过程中需要对各单站点云数据进行拼接等操作，这样就影响到了点云数据的精度，不适宜在精度要求较高的工程项目中得到推广使用。徕卡 MS60全站扫描仪则结合了超高精度全站仪和三维激光扫描仪的优点：（1）它具有0.5秒级别的超高测角精度，是业内测角精度最高的全站仪产品；（2）与常规全站仪相比，MS60同时又具备三维激光扫描的强大功能；（3）同传统大空间三维激光扫描仪相比，徕卡MS60全站扫描仪所获取的点云数据可自动保留坐标信息，无需对点云数据进行后期拼接，提高外业扫描精度以及减少内业处理的工作时间。
三、测量过程和方法
被测量桥吊如图1，在桥吊周围设置6个徕卡 MS60全站扫描仪测站位置，以围绕桥吊一周可包覆为原则，每一个测站尽量多的获取到桥吊点云数据，以1000Hz的频率进行扫描，每个扫描区域以多边形框选，框选范围不易过大，考虑到时效性，每区域扫描时间均控制在1小时左右，因码头现场较特殊，受码头区域泊位管控影响，只能围绕桥吊近距离一周扫描，故需要增加测站位置才可以完全扫完，扫描结束后，可在机载软件中查看实时扫描情况，以防漏扫，这也是徕卡MS60全站扫描仪的一个强大的优势，在现场即可检查三维点云数据的完整性，通过徕卡MS60机载程序浏览数据见图2所示。
.png)
图2 机载查看扫描数据
四、点云数据处理
在现场扫描结束后，将三维点云数据输出为xml文件，导入至徕卡infinity点云管理软件中，在软件中选择多视角查看扫描数据，将点云的噪点及冗余点删除，并切换多个视角检查是否将噪点及冗余点都清楚完成，去除噪点的过程将直接影响到建模的效率，所以在点云处理的过程中应处理妥当，为后期建模提供便利性，最后的点云数据应当是将桥吊上的一些不需要建模处理的设备点云去除，点云的分辨率及文理清晰度与现场符合性一致，最终将点云输出为PTS格式用以处理建立三维实体模型，点云数据如图3所示。
.png)
图3 点云数据
五、三维建模及成果
1.实体模型的建立
通过Leica Infinity软件输出的PTS格式文件为点云通用格式，将PTS数据导入至客户指定的Geomagic Design X软件中进行三维逆向建模处理，将桥吊主体结构、前后大梁、机房配重、驾驶室以及行走大车均进行细节化模型处理，最后将无损检测测出的不同位置的板厚均附加体现在三维模型的属性上，这样后期模型可实现随意点击任意位置，均可查询到相关尺寸及钢板厚度信息，为运输绑扎方案的力学计算设计提供了完备的计算数据，相较于以往的单点数据来说更加准确与直观，可实时查询到所查询的尺寸位于模型的位置区域，如图4、图5所示。
.png)
图5 细节板厚位置模型
2.模型在CAD中的尺寸量测
将逆向模型文件转换成dgw格式文件输入至CAD软件中，可方便的量取模型的三维尺寸以及空间关系，这为运输绑扎计算提供了丰富、完备的计算设计依据，也可利用三维模型进行二维图的生成，为设计报告提供了丰富的汇报材料，更直观的体现了大数据应用时代的特征，如图6量测空间尺寸，图7为二维视图窗口。
.png)
六、结束语
本项目中，项目难点在于码头处于运营期间，相邻完好的桥吊均处于工作状态，导致三维激光扫描作业的工作空间有限，只可以围绕被测桥吊短距离一周以仰视角度较大的情况下进行扫描测量，且容易被过往运输车辆影响，故需要转换更多的测站点进行联测，由于仰视角过大，很多部位结构需要反复调整视角位置进行扫描，直接导致扫描工作效率降低，且仰角过大也是考验仪器精度的一个强指标，本次采用MS60全站扫描仪更是一款0.5秒级超高精度的全站仪，其采用徕卡测量系统全新的WFD测距技术为精度的准确性与可靠性提供了保障，这也得以为后期项目数据的顺利采集避免了精度损失的风险；
本次应用中，也体现出徕卡测量系统先进的技术研发积累，已经从以往的单点数据采集开始往点云的大数据方向进行转移，从早期的全站仪单点测量，到现在有了三维激光扫描仪的百万级点云数据质量管理，徕卡 MS60全站扫描仪发挥出了在三维扫描技术上精度上的优越性，且徕卡MS60全站扫描仪的三维点云数据中的冗余点与噪声点均明显比传统大空间三维激光扫描仪所采集的三维点云数据要少，数据质量更好、三维点云点位精度更高，通过软件逆向建立的模型精度与可查阅的部分图纸尺寸完全一致，后期数据在空间尺寸的量取上也非常便利，这比传统全站仪测出的数据更加完备与可靠，三维空间点云数据几乎无死角，可见即可测可扫描获取，对于用户来说解决了运输绑扎前的设计上的数据问题，也为后期运输提供了数据计算保障，也为用户在旧桥吊搬迁市场上提供了数据资料。
在上海振华重工工程师心中，徕卡测量系统又一次的为他们遇到的设计计算中的难题提供了完备的解决方案，相较于以往常规的单点式测量来说，三维激光点云数据与逆向模型弥补了他们设计上对于三维空间尺寸的缺陷，且对年代久远的因档案管理问题引起的缺失图纸的桥吊、设备零件又提供了一种全新的解决方案，为后期项目中遇到类似的技术障碍，再也不用过度担心因数据缺失而引起的一系列困扰。
参考文献：杨敏，三维激光扫描技术在检测及改造中的应用（A），苏州科技大学学报（工程技术版）2017（11）