地下电力管廊三维建模为数字孪生提供基础数据_【上海沪敖案例】

写在前面

随着城市现代化的不断发展，城市的基础设施也在不断地扩容和增容，地下基础设施建设滞后的问题日益突出，经常出现反复开挖路面、管线事故频发等问题，此需要对地上和地下空间进行更合理利用。

而地下管廊这一集成了各种管线的庞大而复杂的系统的出现，肩负起0输送和调配能源的职责，一方面避免了管线敷设、维修导致城市道路的反复开挖，减少了“马路拉链”等问题的出现，降低因道路的开挖对居民生活的影响。另一方面，管廊使城市地下空间得到了充分的利用，有效的减少市政管网的维修成本，解决传统地下管线维修困难的问题，也便于对市政管线的统一管理与协调。

可以说，地下管廊延伸到城市的每一个角落，是城市的命脉。也正是因为地下管廊的复杂、高质量要求，对其进行科学的管理是一项严峻的挑战。

本期案例分享中，沪敖攻城狮对电力管廊依据点云数据进行逆向建模，一方面可以使得空间关系复杂的管线在表现上层次清晰，第二点，则是可以在后续的真实模型中进行碰撞检测，使管线布置更加合理，让然由于其能真实、完整地描述真实世界，使得相关部门能更容易掌握管理方法。

本项目中使用的设备是天宝Trimble X7。

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流程来啦

一、获取点云数据

1.1 现场踏勘

对所需要扫描的管廊进行现场踏勘，确定控制点的布设位置及搬站的距离。管廊总长为450米，两端各有一个检修井。控制点布设在负一层检修平台上，负二层为地下管廊位置。考虑到点云密度及拼接精度的影响，搬站距离控制在 10 米左右。

1.2 控制点扫描

利用全站仪免棱镜测量的方式，测得两端检修平台上的八个图根控制点。将X7架设在控制点附近对控制点进行扫描，无需用全站仪引点到负二层管廊中。X7扫描负一层和负二层数据，经过拼接后进行坐标匹配，完成坐标的转换。

1.3 管廊扫描

对负二层管廊进行三维点云数据采集，间隔 10 米进行搬站。X7单站扫描时间仅为2分半钟（包含高清全景影像拍摄）

1.4 测站数据全自动拼接

X7扫描仪具有全自动校准、全自动整平、全自动拼接等独特功能，原始数据直接存储在工业 级 U 盘上，同时数据实时传输至标配平板，数据双备份保证数据安全。无需过多的人工干扰，无需原始数据导出拷贝的时间，减少内业拼接用时，提高内业处理效率。

1.5 坐标转换

将扫描仪扫描的控制点与全站仪测得的控制点进行坐标转换，使管廊数据整体转换为JD坐标。Trimble Perspective利用同名点标靶进行坐标转换，转换操作容易理解上手，无需过多的坐标转换知识。

二、建模

在不改变用户使用习惯的情况下，将点云数据库无缝加载在第三方软件平台中，支持快速定义坐标系、快速切片、自适应画线工具，能够帮助客户对点云进行快速成图，实现从三维点云数据中到二维图形的绘制。

通过以上三维扫描+建模的方式，我们将专业、抽象的资料转化成了形象、直观的管廊三维模型，为相关部门提供真实的、可视化的模型数据，为进一步提高相关部门的规划和施工的科学性、有效性的提供了重要参考。

三、总结

Trimble X7设备轻便，整套设备一个背包即可完成运输，无需额外的配件，单人即可进入狭窄 的地下综合管廊，无需多人协助即可完成外业的扫描作业。

X7相比于常规的扫描仪，在速度上有很大的提升，比传统的全站仪效率提高更为明显。单站作业时间继仅需短短的90秒（含自动校准及整平作业）即可采集完毕，无需照准点位即可测量，操作简单便捷，极大地提高外业作业效率。

X7配备平板，可实现测站间的自动拼接，无需数据进入到后处理软件中进一步处理，Trimble Perspective利用重叠部分进行JZ拼接，数据实时可见。相比于全站仪转站方式，累积误差小，测量精度得以保证，且无需布设符合导线，有效地解决了全站仪转站误差累积大的问题。

写在后面

建立地下管廊的三维模型，在城市地下管线的建设中可以发挥巨大的作用。

地下管廊的复杂性和特殊性造成了地下管线种类繁杂，数量众多的特点，并且由于地下管廊空间层次分明，地上地下联系紧密的特点，数字孪生系统的应用为地下管廊的科学管理提供了良好的解决方案。

例如本案例中的电力管廊，以往使用的是基于二维的管理模式，使用平面的线要素来描述管线段，抽象化的图形图像与现实场景不符，较难进行一体化的空间分析和管理。我们采用激光扫描仪对实体进行三维扫描，形成与实物装置完全一致的点云图，再在辅助软件的帮助下由人工依托点云进行建模的方法，可以快速、便捷、准确的在数字空间对物理实物建立3D模型，保证了孪生模型具有高保真、高可靠、高精度的特征，对于地下管廊这种具有高精度应用需求的场景尤为适用，从而为数字孪生提供了真实的基础数据。

之后，在此基础上，可以在软件系统中赋予辅以数据分析和仿真模拟，近乎实时地呈现物理实体的实际情况, 并通过虚实交互接口对物理实体进行控制。

从而实现物理系统与信息空间数字化模型映射，完成虚实之间的数据和信息的连接。

对地下管廊的有效管理，可以消除由于难以协同管理而造成的资源严重浪费和对城市市容、交通和居民生活等的不良影响，为保障城市安全、提高城市综合承载能力和城镇化发展质量做出贡献。

更多三维扫描+建模服务，欢迎大家联系沪小敖哦。

沪敖3D是一家致力于三维数字化行业解决方案的技术型企业，拥有丰富的三维项目经验，公司以行业应用为出发点，为客户提供三维数字化采集、三维数据处理、三维数据管理等一系列应用服务。

沪敖3D拥有结构光拍照式三维扫描仪、手持三维扫描仪（大小空间）、地面三维激光扫描仪、无人机倾斜摄影测量、3D打印等多种技术手段，从几厘米到几百米的物体或三维空间，从几个微米到几个厘米的精度，沪敖均可提供涵盖软硬件产品和项目服务的完整解决方案。

沪敖3D目前主要服务于制造业（汽车、航空航天、船舶、模具、铸造以及各种机械）、建筑业（建筑设计、施工、装修等）、文化遗产（博物馆、古建筑、考古等）、数字化工厂、JY公共安全、影视制作、教育等行业。提供质量检测、三维建模、逆向工程、数字存档、GD/T分析、有限元分析、虚拟安装、干涉分析、工程测绘、形变监测、3D打印等技术方案。