杨珀 罗沙 胡育蓉

摘 要：随着科学技术的发展，测绘技术越来越先进，测绘速度也越来越快，变电站对于构建三维模型的需求得到了完美地满足，该文介绍了三维激光扫描仪的扫描原理，以及三维激光扫描仪在变电站三维模型构建中的应用。

关键词：三维激光扫描仪 变电站 三维模型

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（b）-0046-01

GPS技术的出现，是测绘领域的革命性技术，然而GPS这种测量技术，在变电站这种特殊地区，无法进行有效的测绘，而另一项突破性技术，三维激光扫描技术，它非接触式测量点云数据的测绘方式，能够很好地解决这个问题。

1 三维激光扫描仪

1.1 三维激光扫描仪简介

三维激光扫描仪采用的是三维激光扫描技术，三维激光扫描技术是一项能够对实景进行三维复制的技术，它和GPS技术一样，都是在测绘领域属于突破性的技术。相比起采用单点测量的传统测绘方法，三维激光扫描不仅测绘效率高，而且精准也远超过单电测量技术，这是三维激光扫描技术的独特优势。三维激光扫描技术通过对目标物体进行扫描，从而得出三维点云数据，对三维点云数据进行相应的处理，就可以构件目标物体的三维模型了，由此构建出来的三维模型，不仅精度高，分辨率也很高。

1.2 三維激光扫描仪原理

三维激光扫描技术就是利用激光扫描的原理，对目标物体进行扫描，并得出相应的数据，对数据进行处理后建立三维模型。其中，需要对目标物体表面进行扫描的信息包括大量点坐标、材质反射率和表面纹理等，通过对这些数据进行处理，即可快速构建目标物体的三维模型，并且蕴含线、面、体等数据。三维激光扫描技术和单点测量技术的区别在于，单点测量技术是对单点进行测量，而三维激光扫描技术是对大量的点进行测量，大量密集的点，就相当于是面，所以三维激光扫描技术是从点到面的技术突破。

2 三维激光扫描仪在变电站三维模型构建中的应用

2.1 扫描站点布设

三维激光扫描仪测程和测量速度的不同，对扫描站点的布设有很大的影响，扫描站点在布设时，需要考虑到各个站点之间的互补性、相邻站点之间的通视性，并且要保证站点的覆盖面能够囊括整个变电站。如果扫描站点布设不合理，很可能会导致数据采集不够完整，最终构建的变电站三维模型有缺失现象。

2.2 标靶布设

保证点云数据配准的精度是一件十分重要的工作，如果点云数据配准的精度不高，那么后期处理数据对变电站三维模型构建时，同样会出现精度不高的现象。所以，对采集到的点云数据进行精确配准一直都是三维激光扫描技术中的重难点，而标靶的存在，能够很好地保证多个扫描站点采集到的数据，能够精准的统一到同一个数据集里去。所以标靶在布设时，应该分布均匀，保证每个扫描站点至少能看见四个标靶，标靶与控制点的连接方法是：在标靶中心粘贴测距反射片，令扫描仪和全站仪都能观测到同一个坐标点。

2.3 数据采集

在对变电站进行数据采集时，可以利用RiSCAN PRO软件对三维激光扫描仪进行控制，操纵其对变电站的实体和反射参照点进行扫描，最终得出变电站的几何位置信息、点云发射密度和相机获取的影响信息，这三类信息会被RiSCAN PRO软件统统保存在新工程文件中。在制作正射影像图时，需要完整的原始像素，这就要求在对变电站进行扫描时，数码相机的镜头应始终保持与目标物体的立面平行。

另外，在对变电站进行数据采集时，需要注意点密度的控制，三维激光扫描相对于传统扫描，在技术上有了重大突破，从“点扫描”变成了“面扫描”，其实所谓的面扫描，就是由大量的点构成的，三维激光扫描仪能够通过激光扫描获取大量的三维点坐标，而构成一个面所需要的点数量，即点密度，点密度关系到模型的精度，可是点密度必须合理控制，尤其是在对变电站进行三维建模时，因为变电站的三维模型构建，其目的是为了方便智能化管理，对于模型精度要求并不高，如果过对追求点密度，就会导致采集数据所需要的工作时间增长，对变电站这种大型建筑群进行采集数据的难度也会随之增大，并且由于数据过多，软件处理起来也更加缓慢，而这就与三维激光扫描技术的“快速测量”初衷就相违背了。

所以，分析变电站三维模型构建的需求，可以在对变电站进行激光扫描时，选择奥地利RIEGL 公司VZ-1000型三维激光扫描仪。

2.4 数据处理

可以使用RIEGL 公司VZ-1000型三维激光扫描系统提供的RiSCAN PRO软件，来对采集到的变电站点云数据进行预处理，预处理主要包括点云拼接、影像匹配、点云裁剪和点云输出等。其中，点云拼接是把不同的扫描站点进行拼接，使得这些扫描站点的数据能够统一到一个数据集里去。RiSCAN PRO软件提供了三种点云拼接方法，分别是：基于“测站点+后视点”的点云拼接、基于标靶的点云拼接和基于点云数据的点云拼接。最后运用Geomagic Studio软件的建模功能对点云进行模型建立。

2.5 三维模型构建

当采集到的变电站点云数据处理完成后，可以采用Geomagic Studio软件对变电站的三维构型进行构建，该软件的主要功能是：对点云数据进行预处理，将其转换为多边形，然后对多边形进行快速处理，减少其数目，之后将多边形转换成可以进行曲面分析的NURBS曲面，最后将处理完成的数据进行多种格式输出。相比起传统的CAD软件，Geomagic Studio软件拥有很多优势，比如用户获得的多边形和NURBS曲面是十分完美的，而且在Geomagic Studio软件在处理各种复杂形状如曲面、圆柱等时，运行速度更快，等等。在对变电站进行三维模型构建时，变电站的高压绝缘子可以通过Geomagic Studio软件的独特曲面功能进行组合；变电站的变压器采用曲面延伸与长方体组合生成方式，建立确切的三维模型，细节后期可以通过纹理的粘贴进行完善。高压支柱瓷绝缘子套管采用柱体、球体、管状体等几种组合图形，利用其自动匹配方式进行各自模型的生成，然后根据点云组合模型。

3 结语

综上所述，使用三维激光扫描仪，能够快速的采集点云数据，并通过相应的软件对数据进行处理，从而实现变电站三维模型的构建。

参考文献

[1] 陈进.三维激光扫描仪和Geomagic Studio软件在假山塑石表面积测量中的应用—— 以某市景观塑石项目为例[J].建材与装饰，2014，（12）：251-252，253.

[2] 马玉凤，严平，时云莹，等.三维激光扫描仪在土壤侵蚀监测中的应用—— 以青海省共和盆地威连滩冲沟监测为例[J].水土保持通报，2010，30（2）：177-179.

[3] 刘求龙，胡伍生，王骢，等.三维激光扫描仪在惠泉变电站三维模型构建中的应用[J].测绘科学，2011，36（2）：210-212.

[4] 刘求龙，胡伍生，王骢，等.基于激光扫描技术的变电站三维模型的建立[J].测绘工程，2010，19（5）：38-40.

[5] 魏学礼，肖伯祥，郭新宇，等.三维激光扫描技术在植物扫描中的应用分析[J].中国农学通报，2010，26（20）：373-377.