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解决方案 | 码头砂石料体积量测,三维激光扫描背包显身手

解决方案 | 码头砂石料体积量测,三维激光扫描背包显身手 GIS前沿
2021-03-29
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导读:在围海造地项目中,砂石料是主要建筑材料,是施工成本的主要组成部分,因此,对砂石料能否准确计量直接影响项目的盈亏,如何对砂石料进行准确的方量量测是亟待解决的难题。
在围海造地项目中,砂石料是主要建筑材料,是施工成本的主要组成部分,因此,对砂石料能否准确计量直接影响项目的盈亏,如何对砂石料进行准确的方量量测是亟待解决的难题。
那么该如何对这种不规则散堆物料体积进行准确测量?传统采用的方法是采用全站仪或GPS、RTK测量的离散点有限,部分高程无法观测,实践过程中只能通过等高线模拟得到料堆体积;采用摄影测量求取料堆体积时,难以确定一些堆积物的同名点对,精度较差,测量结果误差较大;利用地面三维激光扫描技术测绘和计算土方量,极大地简化了作业流程,提高了作业效率,为土方量测提供了全新的高效技术手段。


数字绿土出品的LiBackpack产品系列支持多传感器综合集成,可在水平和垂直两个方向分别设置激光雷达传感器,同时可选配高分辨率全景相机以及高精度GNSS设备,结合同步定位与制图构建(SLAM)技术,无论扫描环境中是否存在GNSS信息,均可以快速获取大量矿石堆表面点的三维坐标,测量点均匀地分布在堆积物表面,可以精确地计算出料堆的体积。


空驳船和散砂扫描

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使用LiBackpack扫描空驳船,可简化工作流程并最大限度地提高效率,生成点云模型作为进一步计算的参考。装载沙子时,按照相同的扫描轨迹再次扫描驳船。建议在闭合回路中扫描,以减少累积误差。


满载驳船(上图)与点云数据图(下图)


体积计算

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为了使用相同的参考面比较空载驳船和装载驳船的点云来计算装载体积,可将两次扫描所得的点云对齐到相同坐标系中。LiDAR360中的手动注册工具用于将这两个点云对齐在一起。驳船上的固定特征(例如驳船四角上的杆和扶手)或放置的目标球体可以用作标记点。如果使用目标球体,确保它们均匀分布在驳船上,并在每次扫描中放置在相同的位置。


在LiDAR360中,使用“单点选择”工具识别空驳船点云中平面的Z值,该值将用作参考曲面高度。



激活体积测量工具,通过选择空驳船的四个角勾勒出要测量的区域。使用上面确定的Z值作为计算的基准高度,记录空驳船的总体积。然后按照相同的工作流程,选择相同的四个点来测量装载驳船的体积。记录装载驳船的总体积。


减去装载驳船的总体积,再减去空驳船的总体积,即可得到散砂总体积。


实际案例

国内某港口工程公司面临着在高流量港口测量驳船砂体积的挑战。在20艘驳船砂体体积测量中,采用数字绿土的体积测量方案,可大幅提高测量效率,同时保证测量误差在5%以内。


一个已知体积的货物载荷用于精度评估。采用LiBackpack和LiDAR360工作流对砂体体积进行了三次测量,并计算了平均值。将这四个值与客户端提供的已知卷值进行了比较。

为进一步评价LiBackpack的精度,利用LiBackpack点云和全站仪测量了驳船的长度和宽度。

精度评估结果表明,体积测量差异小于5%,距离测量差小于0.05m,误差在可接受范围内。


搭配LiFuser-BP软件可自动对LiBackpack采集到的数据进行点云数据校准,输出结果可以导入到LiDAR360中进行精准的体积量测,计算精度可达98%。用户可以选择任意感兴趣的区域进行体积计算,这将极大简化储量计算的工作流程。



采用激光雷达扫描技术不仅能够高效率地完成传统土方计算和填挖平衡高程计算,还可以在变基准面或者曲面基准面的工程计算中发挥很大作用,如在工程项目中可以根据设计的道路纵横断的数据,计算土方填挖量:在LiDAR360中通过道路纵横断面数据、道路红线数据、边坡数据构建设计道路的曲面模型,应用外业扫描数据构建实地地面模型,在坐标转换后将两个模型详见,计算需要填挖的土方量,为工程的后期处理提供可靠的基础资料。





在实际施工现场,往往需要全天候测量,LiBackpack背包激光雷达系统在雨天仍可进行数据采集,测试结果如图。


激光雷达还具有全天时数据采集的特点,根据现场实测的情况来看,夜间环境对LiBackpack数据采集没有影响



在实际施工过程中,砂石库存量往往会不断变化,需要定期进行精确测量,该过程必须依据客观、正确的数据进行有效监管。LiBackpack灵巧便携,易于背负,仅需一名测量员即可完成目标区域的数据采集工作,并在移动中对其进行地图绘制,极大便利了企业在不同生产阶段对库存变化量的管理和监控,可以帮助企业实现数字化储料管理,有助于企业进行战略规划和生产安排
该解决方案可被广泛应用于码头、港口等运砂船砂石料体积估算中。

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