应用案例

一、在地铁站和高铁站地上和地下空间联合建模的应用实例

地铁站和高铁站等交通枢纽工程作为大型公共设施,不论是在其地下空间,还是在其地上建筑物,甚至是在其周边地区,往往是人流密集、交通拥堵。对这一类公共设施来说,运营管理的难度超过一般的公共设施资源。在安全、消防、交通、人防、资产管理、能源、通信等等诸多方面,都需要统筹规划。为了实现管理的信息化和决策的最优化,必须获得地铁站和高铁站等枢纽工程的实测结构化数据模型。只有这样,才能为各类管理应用提供地上和地下统一的三维结构底图,为进一步优化管理、人员培训、应急指挥、装修施工等需求提供决策支撑。

这个实例的重点是通过3D SLAM激光背包进行一次性连续的数据采集,就可以把地上建筑和地下空间设施统一联合地建立出三维模型,获得宏观一致的地上地下互相依托的实测数据。在这些实测数据支撑的基础上,各种综合复杂的管理应用和规划决策才有了实施的可能。

下面是沈阳地铁2号线营盘街站和世纪大厦站的点云模型数据

营盘街站

世纪大厦站

成果视频如下:

二、电力和通讯铁塔巡检与管理中的应用实例

电力铁塔和通讯铁塔是非常通用的长距离传输线缆的中继支撑平台。这些铁塔的选址复杂性较高,在市区、山区、农田、戈壁等不同地形地貌情况下,施工和使用单位都需要对它们进行巡查和监管。

除了常见的人工巡检外,近来,采用无人机结合激光和影像等自动化的巡查方法也逐渐成熟。于此同时,作为多地貌多地形的应用,地面激光和影像相结合的巡检方式也被广泛使用。这种地面数据采集方式可以更近距离、更精确地得到现场结构数据,对需要精确数据模型的管理和巡查类应用更为适用。

当然,传统的基于固定式三维激光扫描仪的作业模式效率非常低,参与作业人员较多;在保证精度的情况下,采用3D SLAM激光影像背包测绘机器人移动作业可以提高工作效率十倍以上,并只需一名作业人员,因此可以极大地缩短外业施工周期,提升整体项目收益。

北京某高压传输线路中继支撑铁塔站址,占地面积约44亩(30,000平方米),共有铁塔4座,高度约55米,现场采集作业时间10分钟,内业处理建模后,数据成果是这样的:

在电力铁塔现场,由于施工维护不到位,作业条件是比较恶劣的。幸好我们的 3D SLAM激光影像背包测绘机器人采用自主研发的高通过性、无依托、实时的3D SLAM技术,不惧地面环境的复杂性,可以顺利地完成任务。 成果视频如下:

三、在林业资源普查与管理中的应用案例

3D SLAM激光影像背包测绘机器人具有数据采集效率高、处理数据精度高等特点。同时,系统采用3D SLAM核心算法,并且设计为背包式的结构,具有良好的环境适应性,不受采集环境限制,因此可以用来获取林业基础数据,分析林木类型、林木分布情况、林木生长阶段概况、林木覆盖面积变化情况等。

北京某两处山地公园,面积分别为360余亩和60余亩,现场采集分别用时40分钟和15分钟,经过处理,得到的点云数据如下:

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更多数据成果见视频:

 

在得到点云数据之后,可以基于该数据对树木等林业资源进行普查和管理,如图所示:

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四、在建筑工程项目中的BIM应用案例

3D SLAM激光影像背包测绘机器人的特点包括高速的现场数据采集、高精度的数据处理和点云建模、POS自定位核心算法不依赖GPS信号和惯导的约束、室内/室外/地下/地上三维空间全地形作业等。

这些特性非常适合建筑工程施工行业的构数据每日动态数据采集、项目施工全过程结电子档案生成、工程现场物资堆放空间规划与管理、工程质量实时管控等BIM应用。

某公司办公楼层,面积约2500平方米,用时3分钟数据采集完毕,得到原始着色点云数据如下:

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点云模型和影像数据叠加:

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更多数据成果见视频:

 

基于得到的室内三维点云数据,就可以在三维建模软件SketchUp中快速进行三维建模,如下图:

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五、室外建筑群三维建模和大比例尺地图绘制应用案例

大家都知道,通过空中航拍倾斜摄影手段,可以快速地重建出大面积地面建筑模型。

但是,由于地面植被覆盖、城区高楼互相干涉遮挡等原因,采用倾斜摄影进行城市建模的方法对城市建筑模型的30米以下底商部分,得不到很好的细节描述,也就更谈不上精模了。

采用3D SLAM自定位技术的激光影像背包测绘机器人,因为它的工作原理不依赖GPS+INS的组合惯导系统定位,可以以步行的方式穿过高楼林立和绿树葱葱遮挡等无GPS参考信号的城区进行数据采集,尤其是那些远离主干道的建筑物、居民小区、企事业单位等传统移动激光测量车不能到达的地方,进而得到非常精确的数据成果,包括室外建筑群的高精度结构数据、全景影像数据、三维模型和大比例尺地图等。

可见,倾斜摄影三维建模的特点是宏观大区域建模;3D SLAM激光影像背包测绘机器人的特点是微观小范围精细建模。两者各有特点,互为补充。

北京某施工完成待验收建筑项目,主体建筑4栋高层,数据外业采集时间10分钟,精度1cm。

原始点云数据(白模):

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实景着色点云数据:

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高程点云数据:

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三维实景数据(街景数据)和采集轨迹POS数据的多图层叠加:

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着色点云数据和采集轨迹POS数据的多图层叠加:

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用Autodesk AutoCAD软件导入点云的方式进行大比例尺地图绘制示意:

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更多数据成果见视频:

 

外业采集现场:

可以看到只有基于采用3D SLAM激光背包测绘机器人的步行方式所具有的高通过性才能保证在施工工地采集数据,其它方式如机动车车载、手推车车载等都无法胜任此类外业工作。

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外业采集现场工作视频: