LeicaHDS3000地面3维激光成像扫描技术在水电站水利枢纽的地质测绘 [上一篇] [下一篇]

[ 2008-12-16 11:53:19 | 作者:李桂炎 | 出处:原创 | 天气:晴 ] 字体:

LeicaHDS3000地面3维激光成像扫描技术在水电站水利枢纽的地质测绘
[摘 要] 应用3维激光成像扫描技术是继全球卫星定位系统(GPS)又一项测量的高新技术,成为测绘及相关部门有效的测量手段,其主要有五大特点:便捷(新技术的体现)、精确(高精度、高品质)、时间短(智能化、兼容性强的软硬件设计)、可靠(完整的后处理软件)、操作性强(为用户着想),对文物保护,地质测绘,建筑测量,沉降监测,桥梁设计,城市的建设和管网线路设计的应用领域有着非常广阔前景。本文论述了LeicaHDS3000地面3维激光成像扫描技术在水利枢纽溢洪道高边坡应用可行性的技术优势、注意问题及措施。

[关键词] LeicaHDS3000 3维激光成像扫描技术;水利枢纽;地质测绘

1.概 述

3维激光成像扫描仪是20世纪90年代中期仪器制造商又一项发明的高新技术。10多年来此项测量技术较多用于古代文物的修复与保护工程。顺利完成了世界上第8大奇迹西安秦始皇兵马俑2号坑的扫描与正在进行的福建省福州市三坊七巷古代文物的修复与保护工作。较少用于水利枢纽区域的大比例尺地形测绘,如坝址溢洪道高边坡的地形图绘制等。3维激光成像扫描仪具有智能化、人性化的特点,能在几分钟内把测量区域建立起详尽准确的3维立体影像并及时提供准确的定量成果和评定定量的质量。它可广泛应用于相关的测量领域。如水利枢纽大坝变形监测、硐室测量及建筑物施工形变监测便之引导上线并对地形、地物、地貌轮廓全面扫描,取得精度高,密度好的3维点云数据。采用标靶控制点与地貌相关特征控制点进行模型拼接和坐标转换,建立起整体模型,矣量化生成数字高程模型(DEM),纵观水平与垂直方向等值图有着清晰、高效、直观、定量地反映出边坡的空间几何形态,即在在工程项目验收时,计算出边坡超欠挖的实际情况,为水利枢纽附属物与工程地质研究提供有力的科学依据。

2.LeicaHDS3000地面3维激光成像扫描仪功能及工作原理

LeicaHDS3000地面3维激光成像扫描仪集成了多种高新技术智能型测量仪器。即非接触式高速激光测量形式,以点云模型编码设置格式获取测绘人员难以到达目标点的3维表面的阵列式几何图形数据。仪器主要由二大系统组成,即激光测距系统和激光扫描系统。同步集成了CCD的仪器内部控制和校正系统。其工作原理用扫描仪对目标发射激光通过两个同步反射镜迅速而有序地转动,激光发射的光束与容纳的相位差计算出测点至扫描仪的中心距离,根据水平向和垂直向的步进角距值实时计算所测点的3维坐标,存储记录手薄,经过相关软件简单处理,及时地为用户提供所测区域目标点的3维空间几何图形。

LeicaHDS3000地面3维激光成像扫描仪,其优点是只要测点的反射介质满足无棱镜测量的条件,便可测量应用相关软件计算出目标点的三维坐标。此项技术在全世界测绘部门等得到了广泛的应用。且用柯达灰度标准卡,其半径可达180米,它具有可见的红色激光斑,以及微小的光束直径。为了达到出色的标准,采用3R级可见激光,并采用相位法无棱镜测距技术。由于对于国际激光标准来说,3R类的激光器相对来说还是比较新的,它经常和3B类的激光器混合起来使用。3R级激光器是比较新的激光器标准,其安全性介于2类激光器和3B类激光器之间,包含更少的安全限制指导。从这个角度说,‘R’用来表示“要求的免去”。 3R类激光器无反射棱镜测距在应用中能够将测量的范围比采用2类激光器提高1倍,对于测量人员提高作业效率来说是有利的。根据国际激光安全标准,3R类激光器操作人员应该注意不要使人眼直对激光束。当测量人员在触发测量键时,激光器才能被激活,测量完成就被关闭。当打开激光指示器时,3R类激光器也能够被激活,与此同时地面3维激光成像扫描仪的CCD频率成倍提高,并且抗干扰光的能力确保测量成果准确、可靠。还可以根据需要自己设定操作程序、显示传输测量立模数据。

3.LeicaHDS3000地面3维激光成像扫描仪主要技术指标[1]

3.1 总体

仪器类型 全视场角、脉冲式、快速、高精度、双轴补偿三维激光扫描仪

使用界面 笔记本电脑

扫描仪驱动 伺服马达

光学取景 一体化视频照相机

3.2 系统性能

单点精度(50m距离)

点位 ±6mm

距离 ±4mm

角度 ±12”

形成模型表面的精度 ±2mm

标靶获取精度 ±1.5mm

双轴补偿器 补偿范围±5’,分辨率1”,可开关。

数据正确性监测 在开机和运行过程中定期实施测量精度自我检测


3.3 激光扫描系统

激光类型 脉冲;专用芯片。

颜色 绿色

激光等级 3R级(参照IEC60825-1)

测距范围 300m(90%反射率);134m(18%反射率)

扫描速度 标准速度4000点/秒

3.4 扫描密度

50米处光斑大小 4mm(全宽半高基准), 6mm(高斯基准)

可选性 可以独立选择水平方向和垂直方向的扫描点间隔

点间距 水平方向和垂直方向完全可选,最小间隔1.2mm

最小采样密度 1mm

Cyclone-SCAN软件

3.5 视场角(每次扫描)

水平方向 最大360°角

垂直方向 最大270°角

水平观测精度 ±12″(0.001 7°)

垂直观测精度 ±12″(0.001 7°)

瞄准 用QuickScan按钮光学瞄准

扫描光学器件 单反射镜、全景、双视窗设计,双镜盖保护

驱动马达 直接驱动,无接触式

旋转部的数据和电源传输 无接触式,光数据连接、电感应传输技术

数据通讯 静态IP方式

3.6 数据格式

直接输入格式 徕卡Cyclone 本身的IMP数据库格式

徕卡Cyclone 对象交换格式COE

ASCII点数据XYZ,SVY,PTS,PTX,TXT格式

徕卡通用DBX,XML格式以及ZFS,ZFC,3DD格式

直接输出格式

ASCII点数据XYZ,SVY,PTS,PTX,TXT格式

徕卡通用DBX,XML格式

间接输出格式 AutoCAD、MicroStation、PDS、AutoPlant

4.LeicaHDS3000地面3维激光成像扫描仪在水利枢纽坝址等技术的应用

传统的水利枢纽坝址(如基坑至坝肩)、溢洪道高边坡采用人工地质编录需要系好安全绳或搭架费用高、进展慢,很难全面真实记录揭露不良地质岩体状况,高边坡存在安全隐患;如一些松动岩块等。地面3维激光成像扫描技术最大的特点取决于地面3维激光成像扫描仪的的仪器性能,和全球卫星定位系统(GPS)、全站仪和电子经纬仪(TPS)、精密数字和自动安平水准仪(NA)和近景摄影等仪器用于变形观测的技术对比,此项技术是否具有先进的技术优势也是测绘行业所关心的主要内容之一。

我们应用LeicaHDS3000地面3维激光成像扫描仪对溢洪道高边坡测绘试验,在近距离50~135m之间进行测量,水平与垂直观测精度±12″( 0.001 7°),模型化点的定位精度≤3mm,可以满足的水利枢纽工程的测量精度要求,它在采集的效率,立模的数据链集结精度对坝址溢洪道高边坡岩体相关的应力应变监测分析准确性都有明显的优势。此项技术己用于山体滑坡、高层建筑和地表沉降、不良地质岩体等相关领域的监测,取得了社会经济效益。建议距离在50~80m之间进行测量效果最佳。

5.LeicaHDS3000地面3维激光成像扫描仪优势和存在问题的研究

5.1 LeicaHDS3000地面3维激光成像扫描技术适用于水利水电枢纽工程的大坝、溢洪道、地下厂房、硐室及高边坡塌方体的地质测绘,同时也使点位选择变得甚为灵活。能在几分钟内,一次性测量同时获取扫描空间影像模型。

5.2 全方位视场角,能实现有效扫描区间,具有和全站仪测量级的精度。它不但发挥仪器高新技术,能够精确地扫描出裸露地表的地质结构面发育状况。通过地质人员运作,为水利水电工程提供围岩类别。

5.3 对于设计而言,LeicaHDS3000地面3维激光成像扫描技术通过AutoCAD2004 DWG数据传输与数据交换带入空间立模数字高程模型而生成图型,节省了时间,大大加快了水利水电工程设计进度。

5.4 LeicaHDS3000地面3维激光成像扫描仪固有误差,厂家在安装此系统时要保证水平、垂直轴系相互垂直和测量区间精度,测程距离精度控制在特定值范围内。

5.5 注意不要将激光束射向似镜示表面[2]。如汽车倒车镜与公路拐弯凸镜,文物室内探头、梳装台镜子等。注重消除3维激光成像扫描仪数据采集时获取景物相互重叠屏蔽观象。

5.6 3维激光成像扫描仪整体上为黑箱系统装置,扫描遇到激光束射向似镜示表面时其误差难以检校,目前还没有出台使用的统一标准。

5.7 需要建立起一套科学发展观的理论与实际相结合的技术体系,对3维激光成像扫描仪最终成果进行综合评价,进一步研究与创新静态与动态测量的技术指标投入于国防、重工业、医学等相关行业之中。

6. 结束语

LeicaHDS3000地面3维激光成像扫描技术适用于水利水电枢纽工程,同时提高水利水电勘测设计野外与室内的工作效率,在地质测绘中具有相同操作模式和数据库转换,随时精确地得到等值线、剖面、断面图等,它是继全球卫星定位系统(GPS)又一项测量高新技术在相关领域中的应用,标志着时代前进步伐,快捷、准确、高效、安全。


此日志由 李桂炎 在 2008-12-16 14:50:25 编缉过。

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