点云建模场景分析

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点云建模场景分析

新技术一直在扰乱建筑和土木工程行业。点云建模已经存在了一段时间，但它已成为承包商和工程师的主要工具，在进行土地调查时寻求更多的便捷性和效率。用更少的资源来完成相同的工作-这是每个人从其业务努力中想要的。但是，点云到底是什么？它对测量工作场所有何帮助？

本文介绍如何将点云用于3D模型，展示其工作原理，以及从中获得的收益。

什么是点云？

点云是许多小数据点的集合。这些点存在于三个维度中，每个维度具有X，Y和Z坐标。每个点代表某个区域（例如工程现场）内一部分表面。可以将这些点想像成图片中的像素。它们共同创建了可识别的3D结构。而且，点云越密集，在图像中看到的细节和地形属性越多。

创建和利用点云可将数据世界带到某个范围之内，但是生成数据后，必须知道如何处理它。这个问题可能会给某些测量师带来麻烦，而另一些测量师可能不知道如何创建点云。但是，这两个问题都有简单的解决方案。当概述使用点云要实现的目标时，知道如何获取数据并从中获得最大价值。

可以使用两种主要方法（摄影测量法和光检测与测距（LIDAR））创建点云，下面对此进行详细讨论。

如何创建点云？

当涉及大量细节和许多小点时，如何创建点云？答案通常是激光扫描仪。现场测量师可以使用激光雷达从点云创建3D模型。使用激光，可以扫描选定的环境（例如建筑工地），然后扫描仪会记录其中的表面数据点。

拥有完整的点云后，可以将其导入到点云建模软件解决方案中。在此阶段，可以修改数据点以提高准确性。要以类似于地形的3D格式查看点云，需要从建模平台导出数据，并将其上传到计算机辅助设计（CAD）或建筑信息建模（BIM）系统中。

使用摄影测量技术进行点云测量

摄影测量法是创建点云的常用方法。利用这种技术，无人驾驶飞机可以拍摄建筑或土木工程现场的大量照片。由于无人机使用相机，因此可能需要根据现场环境条件调整其设置，以获得最佳效果。需要各种角度才能捕捉到风景的全貌。捕获所有图像后，可以使用处理平台将照片重叠。

通过将图像缝合在一起，可以在CAD或BIM程序中开发点云，创建3D网格并生成完整的3D模型。填充数据点之间的间隙并创建网格的过程称为表面重建。这就是为什么必须获取尽可能多的数据点和图像的原因将需要填充或重建的空间更少。

与摄影测量法不同的是，遥感技术（LIDAR被归类为遥感技术）使用飞机来研究工作地点并从中实时创建数据点。

什么是激光雷达点云？

借助无人机技术，可以使用LIDAR扫描区域并记录其数据点以生成点云。LIDAR使用红外激光脉冲来测量距离。当这些脉冲反射回传感器时，它将测量光返回所需的时间。这些激光扫描仪每秒最多可发射 100,000个脉冲，从而提供了令人难以置信的被映射区域的详细视图。

创建LIDAR点云后，会经历类似的过程，即转换为网格并开发为3D模型。将LIDAR硬件安装到无人机上后，可以使用3D激光扫描来绘制选择的任何区域。正确连接硬件非常重要-错误的设置会影响无人机的平衡，从而影响数据的准确性。

LIDAR和摄影测量法可产生相似的准确度。在选择使用哪种设备时，最好考虑一些因素，例如安装设备需要多长时间以及哪种方法来说更容易使用。

点云如何在站点模型中使用？

测量中的点云是什么？土地测量师使用点云建模来创建地貌的扩展表示形式，否则将需要大量的时间和精力。即使项目规模不大，使用LIDAR无人机收集数据也可以提高效率和整体工作经验。

土木工程站点可以包括道路，地铁系统，桥梁，建筑物等，可以具有复杂的结构。手动调查这些位置可能会延长项目的工期，并需要更大的预算，但是诸如点云建模之类的技术进步简化了流程。通常，新技术在过去几年中对土木工程产生了重大影响。生产制造，智能技术和人工智能只是其中的几个例子。

无人机技术和点云建模也可能成为互联工作现场的基本要素 。地理定位，传输竣工信息和远程监视工作站点等任务都可以从这两种技术中受益。反过来，公司可以提高员工的生产率和安全性，并减少保险和责任成本。

EARTHWORKS中的点云

点云建模技术使用无人机， 由于其灵活性和效率，无人机 在土方工程和建筑项目中越来越受欢迎。可以在构建过程中扮演多个角色-从任何项目的开始到结束。采矿，测量和农业属于许多采用无人机技术进行过程优化的行业。

目前为止，无人机可以通过以下几种方式来影响现代土方工作：

• 改进进度监控： 委托土方工程的公司并不总是有时间或资源来派人到指定的地点进行定期检查。无人驾驶飞机可以通过拍摄现场照片并将其变成直角马赛克来检查进度。从那里，可以使用正交拼合创建数字高程模型（DEM），并将这些日常拍摄与最终项目计划进行比较。
• 更好的工人安全性： 手动测量可能要求工人在陡峭的斜坡上或在崎岖的地形上行走，如果有人倒下，可能会造成危险。如果将无人机放在野外，则可以从远处捕获数据，而不会造成伤害风险。
• 更快的填土： 一些公司使用地形图进行 填土比较，在大型或复杂的工作现场执行可能需要几天的时间。处理数据会增加计划时间，但无人机可以更快地完成数据收集。使用直观的软件来处理，导入和导出此信息变得更加简单。

用于3D模型的点云

构造3D模型的复杂性可能会根据建筑物或景观类型及其特征而变化。在该区域仍在使用时必须进行的翻新或翻新增加了另一层复杂性，但是使用正确的工具并非不可能。激光扫描仪和高科技建模软件解决方案可确保识别每个可能的物体并将其与下一个物体区分开。

对于地形复杂或植被丰富的风景，可能有必要派出测量师以补充扫描仪可能遗漏的任何斑点。当拥有数据点并开始从点云到3D模型的转换时，可能需要进行一次以上的扫描。类似于摄影测量，将需要在同一位置使用不同角度来获取完整图片。

将数据渲染到3D网格中可组织这些点并设置可用于构建模型的基础。导出点云将创建一个文件，该文件可以导入到CAD或BIM系统中。什么是公共点云格式？根据使用的软件，可能会看到以下文件格式：

• PTS：  PTS是3D点云数据的开放格式。由于开放格式由标准组织维护，因此任何人都可以使用。
• XYZ：  XYZ是原型美国信息交换（ASCII）格式的标准代码。它与许多程序兼容，但没有单位标准化，这会使数据传输更加困难。
• PTX： 这是用于存储点云数据的另一种常见格式，通常来自LIDAR扫描仪。它只能在有组织的云上使用-不能在无序云上使用。它也是ASCII格式。
• E57： 此文件格式与供应商无关且紧凑。它可以存储来自3D成像系统（如激光扫描仪）的点云和元数据。它也由ASTM International指定，并具有ASTM E2807标准中的文档 。此外，它可以存储连接到3D点云数据的属性，例如强度和颜色。
• LAS： 这种开放格式是为从LIDAR扫描获得的数据而设计的 ，尽管也可以容纳其它点云数据记录。结合了全球定位系统（GPS）数据，激光脉冲范围信息和惯性测量单位（IMU）来创建适合X，Y和Z轴的数据。
• PLY： 这种类型称为多边形文件格式，用于存储3D扫描仪中的数据。可以容纳颜色，纹理和透明度等属性。可以包含来自点云和3D网格的数据。

无论决定使用哪种文件格式，都要确保建模软件可以将点云转换为与所选CAD或BIM解决方案兼容的文件。

点云建模的好处

点云并不是创建3D模型的唯一方法 ，但是由于多种原因，它们非常有用。施工经理和土木工程师使用3D模型来更好地控制机器，提高项目进度和逼真的现场布局的责任感。建模的一些好处包括：

1.效率

将点云上传到摄影测量平台后，可以组织数据，而无需手动对X，Y和Z上的每个点进行三角测量。该软件完成工作，从而节省了原本要花费大量时间处理数据的时间。随着时间的缩短，可以更快地整理项目详细信息并更快地开始工作-这也意味着更快的完成时间。

由于可以同时记录大量点，因此数据收集也更快。无人驾驶飞机可以在广阔的区域内进行扫掠，而所需的时间却远远少于测量团队做同样的事情。

2. P精度

激光扫描和摄影测量可提供快速而准确的结果，从而将居住环境转变为详细的3D模型。地面LIDAR可以产生毫米级范围内准确的结果，而无人机LIDAR则可以精确到1至30厘米。它的激光可以穿透茂密的植被，从而获得更全面的现场视野。

此外，LIDAR通常会结合其它功能，例如GPS，以确保每个数据点都带有准确的信息。摄影测量学也使用实时动力学（RTK）地理标签来确保记录风景形式的准确性。

3.储蓄

由于使用点云进行站点映射的精度更高，可以为项目规划更有效的预算。可以避免超出财务上限，并且遇到任何代价高昂的错误或意外费用的机会也更少。激光扫描还消除了手动测量的需要，从而降低了雇用额外劳动力的成本。

这些减少或消除的支出省钱，项目也将获得更多收益。提高准确性可以使更多的客户信任完成任务，这可以提高声誉并鼓励更多的公司开展业务。

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