本項(xiàng)目依托具有“西北跨"美稱的石門水庫大橋工程，大橋連接兩條特長(zhǎng)隧道石門隧道（8km）和牛頭山隧道（5.6km），是寶漢高速控制性工程兩隧一橋中的關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)工程。

然而工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，給三維激光掃描作業(yè)帶來了重重困難：

（1）大跨徑。大跨徑導(dǎo)致觀測(cè)距離加大，從而使得點(diǎn)云精度和密度下降，影響點(diǎn)云拼接和特征提取精度；大跨徑還導(dǎo)致大量增加拼圖數(shù)量，從而使得數(shù)據(jù)處理難度急劇增加。

（2）缺少特征邊線。目前結(jié)構(gòu)工程中激光掃描技術(shù)應(yīng)用的研究對(duì)象大多是形狀特征明顯、棱角分明的結(jié)構(gòu)，例如房屋建筑、梁式橋等。然而，鋼管混凝土拱橋桁架式主拱肋由多個(gè)上下弦桿、腹桿圓形構(gòu)件組成，存在大量的曲面和曲線元素，缺少邊線、交點(diǎn)等特征線。拼接三維模型時(shí)，從不同時(shí)間、不同位置采集的三維圖像很難找到相應(yīng)的參照物，點(diǎn)云拼接的難度大幅增加。

（3）精度要求高、點(diǎn)云要求密。這導(dǎo)致1個(gè)測(cè)站的測(cè)量時(shí)間超過1小時(shí)，期間施工、溫度變化、風(fēng)都會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)位移和振動(dòng)，測(cè)量受施工和環(huán)境干擾較大。

（4）現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜。施工階段測(cè)站和標(biāo)靶設(shè)置受限，受施工干擾大。

要想完成本次作業(yè)，需要做控制點(diǎn)和超遠(yuǎn)距離掃描到大橋內(nèi)外側(cè)整體三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，項(xiàng)目組終選定了Trimble SX10影像掃描儀，深度集成了全站儀和掃描儀的測(cè)繪設(shè)備。

導(dǎo)線測(cè)量

首先，利用SX10的全站儀功能5500米測(cè)程和1mm精度的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量，在大橋的四周布設(shè)相應(yīng)數(shù)量的導(dǎo)線控制點(diǎn)，以便后續(xù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和相關(guān)測(cè)量工作。

橋體、橋頭、橋側(cè)位置控制點(diǎn)布設(shè)

影像采集

利用SX10的全站儀功能做好導(dǎo)線控制測(cè)量后，在相應(yīng)的控制點(diǎn)位置進(jìn)行掃描作業(yè)，在橋的這邊架站，就可以輕松掃描到橋的另外一邊的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，同時(shí)獲取到本站四周的終將整座大橋的信息以三維點(diǎn)云+色彩的方式實(shí)時(shí)展現(xiàn)出來，通過在不同的角度進(jìn)行多方位進(jìn)行掃描觀測(cè)，確保大橋三維數(shù)據(jù)的性、完整性和正確性。

在橋頭和橋側(cè)位置進(jìn)行掃描作業(yè)

通過在橋側(cè)方位進(jìn)行架站掃描可以獲取更多的橋體三維點(diǎn)云信息，通過利用SX10的600米掃描測(cè)程的優(yōu)勢(shì)，在四周的任何位置作業(yè)都可以將大橋的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集到位，并確保精度可靠。

點(diǎn)云處理

利用RealWorks和TBC軟件對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)*的自動(dòng)處理功能，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)全自動(dòng)拼接和目標(biāo)提取，并且還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的編輯、取樣、去噪等。

配準(zhǔn)后橋體三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)

并且還可以將點(diǎn)云數(shù)據(jù)與場(chǎng)景影像共同加載，達(dá)到更真實(shí)的效果。

點(diǎn)云與影像疊加

通過對(duì)橋體的吊柱、銜接點(diǎn)、懸掛線等目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行提取，進(jìn)一步分析特征區(qū)域信息，有助與后續(xù)的橋體、橋梁、橋墩和銜接柱的檢測(cè)分析。通過大量的提取橋體特別目標(biāo)信息，能夠非常容易的計(jì)算出目標(biāo)間的距離和相關(guān)屬性。

吊裝目標(biāo)提取

各吊裝與控制點(diǎn)的關(guān)系

利用點(diǎn)云建模工具對(duì)整個(gè)橋梁的拱柱進(jìn)行擬合建模，可以更為方便的提取拱柱的中軸線信息和相關(guān)節(jié)點(diǎn)信息，以便于后續(xù)的檢測(cè)工作。

橋梁拱柱擬合情況

整體橋梁在進(jìn)行對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作后，利用三維測(cè)量工具對(duì)橋梁各關(guān)鍵部件和目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行量算和檢驗(yàn)。

橋梁各部件尺寸分析

各吊裝提取情況

后期建模

對(duì)處理好的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以直接在RealWorks軟件中點(diǎn)擊SketchUp或者CAD功能進(jìn)行三維建模，或者可以導(dǎo)出LAS等格式在3D MAX等軟件中進(jìn)行三維建模。下圖為通過利用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)整座橋梁建模后的成果。

整座大橋的模型效果

大橋模型整體情況

本次作業(yè)之所以能夠在這么復(fù)雜多樣的環(huán)境中、高效地完成任務(wù)，重要的原因歸結(jié)于Trimble SX10具有超遠(yuǎn)程全站儀、三維掃描儀和高清影像采集儀于一身的性能。SX10的閃電3DM技術(shù)，5分鐘左右便可采集完一站的影像和三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過TBC軟件可以分別處理導(dǎo)線數(shù)據(jù)和三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，使得內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理無縫鏈接，過程更簡(jiǎn)單、更方便、更快捷。

本次實(shí)踐表明，SX10影像掃描儀可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)的控制測(cè)量(基準(zhǔn)定位)，并在超遠(yuǎn)距離下獲得的掃描成果，而這兩項(xiàng)都是目維掃描工作的難點(diǎn)。

Trimble SX10影像掃描儀把傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)和三維掃描技術(shù)融合得相當(dāng)，確保了本次項(xiàng)目的成功，為后續(xù)的實(shí)際監(jiān)測(cè)預(yù)警應(yīng)用，如幾何監(jiān)測(cè)、變形監(jiān)測(cè)、施工誤差監(jiān)測(cè)和虛擬現(xiàn)實(shí)等提供了扎實(shí)、的三維實(shí)景數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以及高效便利的操作性。