隨著新時代新形勢下石油化工等工業領域的快速發展，部分工廠無論是在功能還是在規模上都已經不能滿足新時代發展的需要，如果需要擴大產能，就需要拆除、更換、新增大量的設備和管線等。

然而，由于很多石化廠裝置建于70年代后，大部分工廠幾經改造，現有的工廠圖紙資料并不完整，不能滿足工廠改造擴建的需要，給設計工作帶來了很大困難。現有的比較圖紙只有當年的原始裝置的管道軸測圖，廠里的多次技術改造和多年工廠運營維護的相關資料并不完整，并且也與實際有較大出入。而改擴建設計質量的關鍵取決于對現狀的了解程度，已有圖紙與現狀不符，現場情況復雜，給設計帶來了很大難度，所以獲取到準確的工廠現狀資料就是個要解決的問題。

解決方案

一、現狀和困難

為了給設計工作提供基礎輸入資料并且為后續的運行維護和管理提供很好的基礎數據平臺，需要對工廠進行現場測量以獲取現場設備和管道的位置關系及分布情況。原始手工測量是傳統獲取現場資料的常見并且經濟的，但工廠的改造設計是在不停工的前提下進行的，進行時很多區域是人員危險區，不能靠近測量。而且人工測量的誤差也往往難以避免，測量的結果不能滿足設計的基本要求。現代常規測量是采用全站儀或GPS進行單點位置采集，但是工廠內部設備和管道分布錯綜復雜，極易造成測量盲點，加之廠區內部高壓設備區域測量人員不能到達等不利因素的影響，使測量工作十分困難，工作效率低下。這時，我們需要將目光轉向更和準確的測量方式。

二、技術優勢

三維激光掃描技術是一種面測量，點的采集密度大、精度高，且是主動式非接觸測量，無需設置反射棱鏡，因此在人員難以到達的危險區域使用優勢更加明顯，突破了傳統的手工測量及單點測量方式，以高密度、高分辨率獲取掃描物體的三維點云數據，能夠得到完整、的三維空間信息，成為一種良好的解決方案。

（一）技術特點

與傳統測量相比，三維激光掃描技術既可以節省外業工作時間，縮短工期，又可以將建筑、管道等信息全部記錄下來，方便后期二維出圖和三維建模，從而更好的對工廠設施進行管理。

在西方發達核電站、化工廠、煉油廠等項目的改造中，已經大量采用三維激光掃描儀對現場進行掃描，然后通過軟件后處理得到三維幾何模型或工廠模型，再對所得的模型進行進一步應用。而在國內，三維激光掃描主要是用于文物考古及古建筑維修、地形測繪研究等領域，而在工廠改造方面的應用尚處在起步階段。

（二）設備概況

1、硬件

Z+F 5016三維激光掃描儀是一種相位式三維激光掃描儀，噪聲精度可達0.2mm，有效測量距離可達187，內置相機可生成8000萬像素的高分辨率影像數據，角度分辨率高達水平0.00018°垂直0.00026°；其性的采用GPS、里程表、熱成像儀等外部傳感器，可以輔助外業快速無標靶定位拼接，真正實現了的掃完即拼接。使用該設備可以直接實現各種大型的、復雜的、不規則、標準或非標準的實體或實景三維數據采集，非常適合于在復雜的工廠環境內進行測量，其點云數據具備非常優良的質量。

Z+F5016三維激光掃描儀

2、軟件

LupoScan適用于從激光掃描數據和任何其他點云中輕松有效地提取所需信息，支持多種交換格式（包括DXF、VRML、JPEG、E57 ），可直接連接到 VIS-All、AutoCAD、BricsCAD、ProgeCAD、Rhino 和 ARES 接口，兼容性非常高。軟件界面設計清晰，易于學習，是一款非常工具，適合所有初學者和人員使用。LupoScan己成功應用于建筑、文化遺產、考古學、地質學、土木工程和工業設計領域的測量工程中。

軟件特點：

1. 有效地過濾和消除錯誤測量；

2. 用戶自定義的分段功能；

3. 創建正射影像并鋪展成一個平面；

4. 簡單快速生成三角和四邊形網格；

5. 通過分組管理輕松地處

3、系統搭建

三維掃描技術現已成為大空間獲取點云、逆向工程的快捷方式。通過搭配Z+F IMAGER 5016激光掃描硬件與luposcan軟件組成的解決方案，成功的讓工業廠房、逆向掃描等領域的企業的運用激光技術，得到真實的數字化信息。并能輕松的運用其生成的影像提取工程信息，以做布局規劃、虛擬現實游覽分享、工程規劃等使用。

三、解決方案

(一)數據采集與處理

1.掃描前踏勘

在進行點云數據獲取之前，需要進行現場實地踏勘，根據廠區大小、設備和管道分布情況，以保證在掃描儀的有效范圍內發揮其功效，避免重復掃描。再通過三維激光掃描儀掃描獲取現場數據。

工廠環境

2.方案制定

由于Z+F IMAGER 5016支持全自動實測同步無標靶拼接，整個掃描過程無需布設標靶即可完成各站點云之間的拼接。

鑒于大部分工廠組成復雜，如果站間拼接誤差較大，可以進行手動拼接，軟件將自動進行拼接精度檢查，保證兩站間拼接精度再1cm以內。依次進行相鄰站間的拼接，得到三維點云數據。

但出于坐標系轉換到地理坐標系的用途，需要在掃描區域布設目標標靶（標靶紙或標靶球），至少布設3個，以便于后續將測站掃描坐標系轉換到測量坐標系。

3.獲取精度的現場數據

掃描站點和標靶布設完成后，將Z+F IMAGER 5016三維激光掃描儀架設在掃描站點上并進行整平。安置好一起后，開機設置掃描參數（主要包括分辨率及點云質量），設置完成后，按下掃描按鈕然后等待機器掃描，按照一般模式單站約1分30秒即可完成掃描。掃描完成后，可在顯示屏中查看點云數據，對點云數據獲取不理想的區域或局部復雜程度比較高的區域，可調整局部掃描級別重新進行局部掃描。

原始點云圖

4.點云數據的去噪

掃描取得的原始點云數據還需要進行一系列處理工作，才能交付給設計人員使用。根據現場的掃描對象復雜成都不同，掃描過程中外界環境因素對掃描目標會造成阻擋和遮掩，如移動的車輛、行人和樹的遮擋，以及實體本身的反射特征不均勻等，導致終獲取的點云數據可能包含不穩和噪聲點，只有把這些噪聲點去除后，才可以繼續進行其他的操作，有助于后續建模。這個過程稱為點云數據去噪或點云的過濾。應用軟件的去噪模塊能去除灰塵噪點，移動的物體等。終得到需要的點云數據。

點云數據去噪前后對比

5.點云數據的簡化與分割

根據現場的掃描對象的復雜程度不同，掃描得到的點云數據大小差別很大，對范圍較大且組成復雜的現場來說，掃描得到的點云往往很大，數以億計的點，會影響軟件的運轉速度，各種處理軟件都提供了若干數據化簡的功能，如剔除植被功能，空間點過濾功能等，經簡化處理可大大減少數據量，為后處理提供便利。

對較大的項目來說，后期處理一般需要配置較多的人員參與模型重建工作，這樣需要把整體的點云數據進行規范化的切割分塊，交由每個人員協同工作，以提高了模型重建的效率，加快模型重建速度。

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