输电线路铁塔的三维建模_毕业设计.pdf

VI摘要三维扫描技术的出现，改变了已有数据的采集方式。面式数据采集替代传统的点式数 据采集是测量技术发展史上的一次巨大变革。其非接触的数据获取方式能在不触及扫描对 象的情况下进行数据采集，为一些输电线路的检测、保护与维护施工等提供准确、科学的 现状数据，并可以减少对铁塔的不必要破坏和影响，同时给工作人员提供了一个安全的作 业环境，避免冒着生命的危险。本文首先概述了三维激光扫描技术的基础知识和国内外研究现状，输电铁塔建模的意 义，介绍三维激光扫描测绘中点云的拼接方法，以及不同方法之间的对比分析；然后从输 电线路铁塔三维建模的特点叙述三维激光扫描关于铁塔建模的外业实施工作，并运用美国 TRIMBLE GX三维激光扫描仪配套的内业处理软件创建输电线路铁塔的三维模型；最后在 实验和理论的基础上，探讨输电线路铁塔三维建模的相关应用。文章最后对全文的研究工作进行了总结，分析了三维扫描技术在铁塔扫描中存在的问 题。关键词：三维激光扫描技术；三维建模；输电铁塔；点云拼接ABSTRACTThe appearance of 3D scanning technology is changing the existing data collection methods.Surface-data acquisition replaced the traditional dot-data collection that is an enormous change in the history of the measuring technology.The way of gets data that not need touching scan objects can provide accurate and scientific data on status for the detection,protection and maintenance of some transmission lines,and can reduce unnecessary damage and influence on transmission tower,while providing a safe working environment,allowing staff to avoid risk their lives.This article firstly provided an overview of the 3D laser scanning technology about basics and researching,the significance of model the transmission tower,and described the methods of point cloud registration in three-dimensional laser scanning as well as comparative and analysis in different methods;Then talking about field implementation in modeling transmission towers from the feature of modeling transmission towers,and the application of processing software supporting American 3D laser scanner named TRIMBLE GX in modeling transmission towers;Finally from theory and experiment,discussed the application of modeling transmission towers.In the end,summarized the study of the full text and analyzed the problems of the three-dimensional scanning technology in scanning towers.KEY WORDS:3D scanning technology;3D modeling;transmission towers;point cloud registrationVIII目 录摘要.VIABSTRACT.VII目 录.VIII1绪论.11.1 概述.11.2 三维扫描技术的国内外研究现状.11.2.1国外现状.21.2.2国内现状.21.3输电铁塔建模的意义.22三维激光扫描技术.32.1三维激光扫描原理.32.2 三维激光扫描技术的特点.42.3 三维激光扫描的精度意义.52.4 三维激光扫描的分辨率.63三维扫描测绘中点云的拼接.63.1拼接及类型.63.1.1拼接的概念.63.1.2拼接的类型.83.2、基于目标点的拼接.83.2.1 数学模型.83.2.2 拼接方法.83.2.3 基于目标的拼接方式的外业扫描.83.3基于“大地测量”测站点的拼接.93.3.1数学模型.93.3.2拼接方法.93.3.3基于“大地测量”测站点的拼接方式的外业扫描.103.4基于目标点的拼接和基于“大地测量点”的拼接的比较.104铁塔建模外业测绘中三维激光扫描的实施.114.1铁塔 外业扫描前的准备工作.114.1.1 现场踏勘、绘制草图.114.1.2 建立独立坐标系和编制扫描实施方案.124.1.3 准备仪器、架设设备.124.2铁塔 扫描工作的现场实施.144.2.1安置并启动仪器.144.2.2 建立测站.164.2.3 选择扫描区域.174.2.4 设定或编辑扫描参数.174.2.5 启动扫描.184.2.6 新测站扫描.184.3扫描实施中注意事项.184.3.1 扫描测量站点的布设.184.3.2 扫描时分辨率的设置.194.3.2 标靶布设.19IX4.4三维扫描外业操作流程图.205输电线路铁塔的三维建模与应用.205.1 RealWorks Survey 图形窗 口简介.205.1.1菜单栏.215.1.2 工具栏.215.1.3 workspace”窗口.215.1.4“list”窗口.225.1.5工作模式的切换.225.2铁塔三维扫描数据的处理.225.2.1 外业测量资料收集.225.2.2 模型拼接.235.2.3 铁塔三维模上尺寸和实际尺寸对比.315.2.4 图像匹配.325.3输电 线路铁塔三维建模的应用.355.3.1确定架空线弧垂值.355.3.2 确定横担尺寸.365.3.3 确定地线支架高度.375.3.4 确定风偏角大小.395.3.5 铁塔下开采监测的应用.405.4应用中需要注意的问题.416结语.43参考文献.44外文翻译.错误！未定义书签。英文原文.错误！未定义书签。中文译文.错误！未定义书签。致谢.45中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第1页1绪论1.1概述三维激光扫描技术是在测绘技术基础上发展起来的，但测绘方法不同于传统测绘技术,传统测绘技术主要是单点精确测量，三维建模需要目标结构的完整属性,意味着要对确定 目标的整体或局部进行完整的三维坐标数据测量，采集大量的点，这样才能把目标完整地 建模。三维激光扫描技术不同于单纯的测绘技术，是全自动高精度立体扫描技术，它主要 应用于高精度逆向工程及三维建模，具有独特的优势：数据获取快、强、全；主动性强，能全天候工作；全数字化，信息传输、加工、表达容易；操作方便。因此，对基于三维激 光扫描数据建模的技术研究很有必要。三维激光扫描技术又称“实景复制技术”，通过获取研究目标的三维坐标数据和数码 照片的方式快速获取各种大型实体或实景等目标的三维立体信息，直接将这些三维数据完 整地采集到电脑中，从而快速构建出目标的三维模型及线、面、体、空间等各种数据，再 现客观事物真实的形态特性。为快速获取空间数据提供了有效手段，是测绘技术的一项新 突破。利用地面三维激光扫描仪对物体进行数字化，得到物体表面大量点的三维坐标集合，这些密集而连续的三维坐标数据称为点云数据。点云数据可以进行各种后处理工作（如：测绘、计量、分析、仿真、模拟、展示、监测、虚拟现实等），即为逆向工程的应用。采 集的三维点云数据和三维建模数据都可以通过转换格式适用很多工程软件。当下空间模型的表达一般采用面体（平面和曲面）。因为任意三个点可以确定一个平 面，所以平面的表达用的最多的是平面三角形；曲面的表达一般用基于控制点的NURBS曲 面，NURBS曲面通过一定量的控制点来控制整个曲面的形状。三角形组成的三角网可表达 物体表面细致的凹凸形状，进行光照反射的分析，纹理映射，以及空间信息的获取；而曲 面可建立光滑自然的曲面造型，让目标物体更趋于真实。因此两者在建立三维模型时都有 着非常重要的意义。所谓建模，就是利用真实物体的儿何特性，通过点、线、面或图像将其在计算机上显 示出来，达到与真实物体相似的感观效果。1.2三维扫描技术的国内外研究现状三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期出现的一项高新技术，地面三维激光扫描仪 的出现，为三维数据获取提供了新的方法。它利用高速激光扫描测量的方法，大面积高分 辨率的快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量的采集空间点位信息，为 快速建立物体的三维模型提供了一种全新的技术手段。三维激光扫描仪可以快速获得被测 对象表面每个采样点空间立体坐标，得到被测对象的完整的、全面的、连续的、关联的全 景点坐标数据，也就是点云。中国矿业大学2010届本科生毕业设计(论文)第2页1.2.1国外现状由于三维建模的应用方向十分广泛，从出现以来，国外已经有很多专家、学者开始了 这方面的尝试、研究，并取得了一些成果，所以三维模型的研究工作一直都在不断的完善 和发展。Hoppe提出了从无结构的点云数据精确的实现分段光滑曲面的自动重建的方法。Tames Varady等人针对工业领域的逆向工程技术，总结了逆向工程的工作步骤，概括了 一些重要算法，提出了 B.rep(Boundary Representation)模型的方法。Marco Viceconti 等人应用CT扫描三维影像数据建立人体骨骼的NURBS实体模型。美国Stanford大学计算 机系的图形学实验室与意大利政府合作，在文物扫描、三维模型建立、大规模模型的绘制 等方面积累了一定的研究成果。Ruzica Maksimovic等人在医学领域中研究了用于CT治 疗的影像数据分割和三维模型建立的算法。自2002年以来，每年的欧洲计算机图学年会(Euro Graphics)都有一个专门的PBG(基于点的图形学)研讨会。PBG概念出现后，基于点 的绘制技术成为点云模型的标准渲染技术，无论是从渲染的速度或渲染的效果上来看，均 已发展的较为完善。1.2.2国内现状在国内，就硬件技术而言，浙江大学、天津大学等一些院校己经对三角法三维激光扫 描技术进行了较为全面的研究。在数据处理方面，国内只有极少数研究学者对三维激光扫 描数据的处理方面作了理论和方法研究，其研究内容的层次还远达不到实用阶段。目前在 国内，几乎没有一套自行开发的三维激光扫描技术的数据处理软件。在三维激光扫描数据 处理上的研究正处于初步发展的阶段，对三维激光技术的硬件与数据处理有深入研究的必 要。这几年国内不断有专家学者将三维激光扫描技术付诸于实践，也并取得了一定的科研 和实践成果。清华大学土木系和保卡测量系统公司的技术人员合作，采用Cyra三维激光 扫描系统对校内的建筑物实施三维激光扫描，并建立了三维模型。北京建筑工程学院与故 宫博物院合作，采集太和殿的完整点云数据，建成了太和殿的三维模型。北京建设数字科 技有限责任公司利用徐卡测量系统HDS3000型三维激光扫描系统建立了精确的乐山大佛 三维立体模型。刘春、杨伟等人采用MENSIGS200激光扫描仪对同济大学内的孔子像进行 三维激光数据的采集和处理，完成了空间建模、空间量测及特征提取的操作。1.3 输电铁塔建模的意义电能是世界上使用最方便和普遍的能源，用架空输电线路传输电能是输送和分配电能 的基本方式，这种输电方式的应用已有百余年的历史。在电能需求增加、容量增大、电源 地分散、输电距离加长的情况下，铁塔逐渐成为输电线路的首选型式，起着关键的作用。因此，输电铁塔研究的重要性就不容忽视。传统的方法越来越不能满足人们对于铁塔研究 的需要，随着三维激光扫描技术的出现，利用三维扫描仪对铁塔建模，并运用铁塔三维模 型来分析研究铁塔具有重要意义。中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第3页利用铁塔的三维模型可以很方便地通过在模型上测量铁塔的相关重要参数（横担、绝 缘子串、弧垂、风偏角和底线支架高度等），对铁塔的几何参数进行分析研究。并能够对 铁塔进行力学分析，研究相关力在铁塔上的作用，保证铁塔在受力范围内安全工作。如果 铁塔处在煤矿资源开采区域的上方，对于铁塔的变形监测则更为重要。通过三维激光扫描 仪对铁塔长期监测，获得其长期的监测数据，分析研究其变形规律，针对性的提出解决方 案，可以很好的在不影响开采的同时保证铁塔的安全。另外铁塔三维建模也为其数值模拟 分析提供了必要的数据支持。三维激光扫描技术是个新兴技术，其开发利用还有待更进一步的发展，针对输电铁塔 的建模利用只是其很小的一部分，但是通过对输电铁塔的三位建模我们可以举一反三，最 终实现三维扫描技术在更多领域被广泛使用和发展。2三维激光扫描技术2.1三维激光扫描原理三维激光扫描仪的测量原理是通过发射一定频率的激光脉冲信号，激光接触到物体 被反射，接收激光回波信号，再利用脉冲激光往返传播时间差计算仪器到扫描点的距离值，最后通过编码器来测量镜头旋转角度和水平角度，以获得每个点的X、Y、Z坐标。激光扫 描仪采用自动的、实时的、自适应的激光束聚焦技术（在不同的视距中），以保证每个扫 描点的测距精度及位置精度足够高。扫描前要设置三维激光扫描仪的分辨率（相当于采样 间隔），再进行连续的数据采集和处理。三维激光扫描仪是将无协作目标激光测距仪与角度测量系统组合的自动化快速测量 系统，它能有效、快速的生成密度很高的数字表面模型。在三维激光扫描仪内，有一个激 光脉冲发射体，两个能够快速而有序旋转的反光镜，将发出的窄束激光脉冲依次扫过被测 区域。对于单个采集点，三维激光扫描仪根据脉冲激光测距原理获得仪器中心0到扫描的 下列数据：仪器到扫描点的距离值S,横向扫描角度观测值以和纵向扫描角度观测值8,扫描点的反射强度等。由此可得到三维激光点（即被测目标点）在扫描坐标系中的坐标（X、Y、Z）,如下:X=S coscostz图4-6：电子气泡整平TRIMBLE扫描仪采用双轴补偿装置，如果扫描仪超出允许的最大水平范围内，则看不 见电子气泡，显示“out of range，此时可以向不同方向旋转基座角螺旋调节仪器水平 状态，直至仪器处于设定的容许水平范围内时，电子气泡变为绿色。在电子气泡界面，点击“NEXT”进入大气改正设置，输入扫描测量时环境的气压和温 度值，仪器会自动对测量值进行温度改正和气压改正，并且每个点的改正值都是不同的，如图4-7所示。图4-7：气压、温度改正在扫描前，需要对系统参数进行设置。系统参数包括取景选项（球的直径、快速扫描 标靶的模式、自动拍照）、单位（包括角度单位和长度单位）、视频模式（场景为实时或 者拍照模式）、系统语言（无中文），如图4-8所示，此次试验采用默认值。中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第16页Prt rfefcficnUxilirSct we 0.2,|rrm1|TRint n0 0 5VOTI i0g Rl Ui7 J icfiirc t no High和User模式。前三种为固定模板，不可改变。本次铁塔的扫描，由于铁塔采用的是三角钢架结构，为了能够较精细的实现铁塔的扫 描工作，选择User模式设置扫描间隔为：水平距离：15mm、竖直距离：15mm、扫描距离：60m（可以根据扫描仪和铁塔的距离进行调整，只要铁塔在扫描的距离范围内即可，距离 越小越好）。其他设置采用默认值。4.2.4.2高级设置点击“advanced options”后,出现包括 wrgb,focus,grid,scan,distances”的设 中国矿业大学2010届本科生毕业设计(论文)第18页置，如图4To所示。Real ime cot oinqFocm Food locus al 50.0 mot eic|Ne select dst ance cofrespcrdrg io main part cl acene-JOm 50m and fccrvAdloocuj fuse ort y fc(reconroendabon applc)bb onr t o T shot and 4yxmning)Scdn cfisUrve Linil:cn dist ance fiorr*D t o 100 rrHMs)J-J-On 200mUvScan up 匕5 rnfHers*OvefScan up lo 350 met ersI*I图4-10：设置扫描参数4.2.5启动扫描点击“scan”开始扫描。注意查看本次扫描总共需要的时间。在扫描的同时你可以在 workspace中通过移动、旋转、放大和缩小工具随意的查看已扫描完成的部分，其中显示 红色的为扫描正在进行的部分。扫描完成后会听到“吓”的一声。铁塔目标扫描完成后，检查是否真正完成扫描，以及扫描参数设置是否正确等，判断 无误后保存扫描结果。退出本项目后关闭扫描仪和便携式计算机，装箱搬站，进行下一站 的扫描工作。4.2.6新测站扫描在新的扫描测站上，先读入上个扫描站点的数据，然后重复上述步骤。4.3扫描实施中注意事项4.3.1扫描测量站点的布设在扫描的时候需要扫描后视点以便定向，因此需要各个扫描测站点之间必须能够通 视；为了能够扫描到标靶，扫描测量站点与标靶站点也要保证通视。在布设扫描测量站点 和标靶点的时候，要根据地形地势，充分考虑到各种情况，以保证站点之间的通视。在布设扫描测量站点的时候要考虑到扫描仪的到铁塔的距离。在保证能够全面扫描的 前提下要尽量缩小扫描仪与铁塔之间的距离。因为三维激光扫描的精度并不是一个固定 值，其点位测定精度取决于仪器的测距精度和测角精度，扫描物体到扫描仪的距离越大，距离测量和角度测量的误差就越大，点位精度就越低。中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第19页4.3.2扫描时分辨率的设置在扫描过程中，如果设置的扫描间隔大于铁塔的钢架结构，这些三角钢架在扫描过程 中将被忽略（如图4-11）,点云的尺寸也会被缩小。OOOOOOOOOOOOOOOOOO0OOOOOOOOOOOOOOOOOO0OOOOOOOOOOOO0OOOOOOOOCOOOOOOO0OC图4-11：分辨率对扫描质量的影响扫描分辨率决定了对扫描物体的分辨能力。扫描时采用的密度越高，目标物体的空间 特性就越明显。但对于同一平面上的不同物体，光提高分辨率还是不够，可以借助点的颜 色属性来增加判断能力。扫描分辨率是以角的方式来定义的，这就引起了一些问题。在相同分辨率设置情况下,离扫描仪的远近不同扫描的详细程度和精度就会不同，离扫描仪越近的目标扫描越精细，反之越粗糙。需要注意的是空间内位于不同位置的物体扫描采样密度亦不同，如图4T2所 Zjo图4-12：不同位置处扫描采样间隔不同因此需要根据铁塔和扫描之间的距离情况，以及铁塔自身的特性设置扫描仪的分辨 率。4.3.2标靶布设标靶点设置的时候，需要考虑与扫描站点的通视情况，并且离扫描测量站点的距离要 适中，即离两个相邻的扫描测量站点的距离大致一样且距离不能太远。因为扫描的精度受 到距离、位置还有分辨率的限制。标靶一旦架设完成就不能移动，尤其上一个扫描测量完 中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第20页成后还未进行下一扫描测量前。对于基于标靶的拼接，标靶的移动会严重影响到拼接的效 果，从而影响整个模型的建立。4.4三维扫描外业操作流程图图4-13：三维扫描外业操作流程图5输电线路铁塔的三维建模与应用5.1 Rea I Work s Survey 图形窗口简介当打开RealWorks Survey后，将出现图5T所示的用户界面。项目的相关功能，只有 在打开一个项目后才变成可操作状态。RealWorks Survey界面中包括以卜内容：菜单栏、中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第21页工具栏、“workspace”窗口、“list”窗口和“3D显示窗口胃Tower，回国Ready，因四八 c?Q HomeWindow Help图 5T：Re al Work s Survey 界面5.1.1菜单栏RealWorks Survey软件提供了一系列的工具和命令。菜单栏，始终打开并显示在用 户界面的顶部，包含了所有可用的工具和命令。该栏由主菜单组成，可以单击下拉菜单选 择所有工具或命令。对于某些工具或命令，需要从子菜单中获得。转换当前运行的处理模 式会自动增加或删除部分工具或命令。在工具栏或弹出式菜单中，也可以使用多种工具和 命令。5.1.2工具栏RealWorks Survey软件用户界面由多种工具栏组成。每个工具栏都有具体的用途。默认情况下，当启动RealWorks Survey软件时，并不是所有的工具栏都打开。工具栏一 般平铺在菜单栏下方或垂直紧靠工作区窗口。可以移动工具栏的位置至用户界面的任何位 置，也可以打开或关闭任意工具栏。5.1.3 workspace”窗口工作区始终出现在用户界面中，位于工具栏下方，由一系列标签组成。该工作区用于 组织数据的层次结构，通常称之为项目树形目录。该树形目录又分为子扫描树、目标、模 型和图片。它们都是用于组织所加载项目中的特定类型的数据。需要显示某个子目录，只 需单击相应的选项卡。注意，任意时刻只能显示四个中的任意一个部分。同时，部分标签 出现在不同模式下，图像选项卡可以出现在测量模式，拼接模式和模型处理模式的任意一 个模式中，而模型选项卡只能出现在拼接模式或模型处理模式中。可以移动工作区的位置 中国矿业大学2010届本科生毕业设计(论文)第22页至用户界面的任何位置，也可以打开或关闭工作区,如图5-2所示。Workspace Scans 画 Farget s|E Image5|Workspace(i project)-卷duneJU Environment 9 5labon_01 St at t onJUjj St at ion左图：测量模式和模型处理模式下的工作区右图：拼接处理模式下的工作区图5-2：“work space”窗口5.1.4“list”窗口当启动RealWorks Survey软件后，在工作区窗口下方是列表窗口。它用来显示某个 项目树中所选组的内容。当RealWorks Survey软件运行时，该窗口出现名称列表。如果 加载了某个项目并在其选项卡中选择一组项目树,列表窗口的名称将随选项卡的内容改变 而改变。列表窗口中的每个对象节点都是由它的图标、名称和其它属性确定的。列表窗口 中有一个数据库工具栏，位于标题栏下方。可以移动列表窗口的位置至用户界面的任何位 置，也可以打开或关闭列表窗口。Irs Sue-PROJECTI 回回*The Dat abase t oolbar图 5-3：“list”窗口5.1.5工作模式的切换RealWorks Survey包括三个主要的工作模式：测量模式(OfficeSurvey)拼接模式(Registration)和模型处理模式(Modeling)0每个工作模式对应一种处理状态，可以 通过点击“Window/Toolbars/tools选择相应的模式，实现三种模式的切换。5.2铁塔三维扫描数据的处理5.2.1外业测量资料收集将外业测量数据归类，按照事先设计的拼接方式检查拼接条件，整理参与拼接和数据中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第23页处理的测量控制点资料。扫描数据导入计算机后利用内业处理软件Real Works Survey进 行处理5.2.2模型拼接5.2.2.1 去噪首先利用Real Works Survey软件的“segment”功能去除躁声，然后再进行拼接。要打开“segment”工具，需要从项目树形目录中至少选择一个点云。1.选择一个点云（或多个）；2.在工具菜单中，选择截取工具，弹出截取工具栏，如图5-4所示。0 1.多边形选择 2.矩形选择 3.内部 4.外部5.创建 6.显示未切割的点7.关闭工具”图 5-4：“segment”工具去噪前后点云对比，如图5-5、图5-6所示：图5-5：去噪前的点云中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第24页图5-6：去噪后的点云在三维视图窗口的右上角弹出一个信息框，显示所选对象中点的总数。此时鼠标光标 形状变成指针形状。仍然可以在三维场景中浏览（缩放、平移和旋转）选择/隐藏对象（或 工作组）或更改当前工作组，然后再绘制框。一旦开始绘制，除平移命令外其它都不用。除选中的对象外其它都被隐藏。刚打开截取工具，默认选择的工具是“多边形选择”。5.2.2.2基于点云的拼接过程选择要拼接的点云，调用“registration module”，然后打开uCloud-Based Registration Tool，出现如图5-7所示编辑框。中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第25页图5-7：基于点云拼接编辑框第一步 选择参考点云和移动点云，如图5-8所示。1.点击“reference cloud”下拉菜单的箭头。2.从参考点云点云列表中选择一个站点。3.点击“moving cloud”下拉菜单的箭头。4.从移动点云点云列表中选择一个站点。图5-8：参考点云（左）和移动点云（右）第二步选择三对公共点中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第26页选择三对点模式是缺省设置。你可以分别从参考站和移动站中选择三对相对应的点，每对点应该在参考站和移动站的相似位置选择。一旦选择好三对点，计算出最初的配准，并且把参考站和移动站的点云叠加。具体操作步骤，有两种方法，如下：1.单击进入参考点云视窗，调整到最佳视角。2.在参考点晕上选择一系列的三个点。3.单击进入移动点云视窗，调整到最佳视角。4.在移动点云上，选择另一系列与参考点云对应的三个公共点。或者1.单击进入参考点云视窗，调整到最佳视角2.在参考点晕上选择一个公共点。3.单击进入移动点云视窗，调整到最佳视角。4.在移动点云上选择一个与参考点云对应的点。5.回到参考点云视窗并选择另一个公共点。6.重复以上步骤直至到参考点云和移动点云达到三个公共点。第三步改进配准精度1.单击“Refine”来改进配准精度。2.如果有需要，再次单击“Refine”直到获得最好的配准精度。Refine前后对比,如图5-9、图5-10所示：图5-9：Refine前的点云中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第27页图5T0：refine后的点云第四步检查拼接结果可以在3D视图窗里从外观上检查结果，因为每个站点（或站点组）仍然是带有各自 的颜色，能够控制显示在控制品质区域的错误。为了从外观上检查结果，你必须使用“Cutting Plane and Measurementv工具。配准误差是出现在两个点云公共部分的点的 平均距离误差。1.单击“Cutting Plane，打开Cutting Plane”对话框。2.在3D视图窗里，定义一个剖切面，如图5-11所示。图5-11：定义一个切面3.调用“Measurement”量取参考点云和移动点云公共部分之间的空隙，如图 5-12所示。中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第28页图5-12：参考点云与移动点云公共部分之间的距离第五步保存结果1.单击“Apply”，在 uRealWorks Survey Advanced database”中确认配准。2.单击“New Group”，确认配准，在一个新的小组中设置两个对象。3.单击“Close”，完成两个测站之间的拼接。第六步重复上述过程，完成其他测站之间的拼接，拼接完成后的效果图，如图5-13 所示。图5-13：拼接完成后的铁塔模型中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第29页5.2.2.3拼接报告日 E S 6 2 Z 7 s E I E S g 日8 6 省 6 9 日0 9 0 6匕 1 3 U U E U S O4JI o u u d a s l ae 0000-0 日0 0。00 6 00000 日 0 0 6。山enu m l g:luuoeasrta u p a zZ L N I BIO.I2UPO3UOJU。lJ.E-L U3N E+JTUIPUOdsa)t。auQnqonooGUUB-pSIaQ p a wI s a u v c q o pouufljos 中I E I U O T 4 Ba smNo*I:(uUUSSIa x p w 7 N T 7I E I G U U S S I a X P ESNotT i c n w*JSIa ITB 0Z I(S)E-UOHV.Lcn“UU3S5 UEax I(S)NOIE-VE-S 曾t!orlpmAdJ.lM、口 s 曜rx.l、UUMON 日als:M4JIUQ a u o u I E n s E a H MlxlOUIUMQJ国。J,0目 N a u o c o-l d 0 I 0 Z S S S 6CO三 L 7 Amsans E a cnUIUUaluu:u Ipuods1S S O 3 E U I P M。MBUBS:S 4 I S auamEnsEtus,!B a u 3ZIUMOI u3 z4J0z AESuns:2atJFUUa.lqo:vBNM(u5QS4J86HB4JA q4JHod(DB中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第31页5.2.3 铁塔三维模上尺寸和实际尺寸对比为了确定三维模型点位精度，先在现场量取铁塔实际部件的尺寸，再在三维模型中找 到与实际部位对应的部分，量取其在三维模型中的尺寸，对比两种状态下尺寸值的大小关 系，以确定模型的精度。以下只列举了三张两种状态下尺寸的对比图，如图5-13、图5-14、图5-15所示。图5T3:模型上尺寸与实际尺寸对比图5-14：模型上尺寸与实际尺寸对比图5-15：模型上尺寸与实际尺寸对比将模型上尺寸与实际尺寸列表，并求出其差值，如表5-1：中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第32页表5T：三维模型上尺寸与实际尺寸对比三维模型上尺寸/m实际尺寸/m差值/mm1.10371.10320.50.07400.0749-0.90.49750.476021.55.2.4 图像匹配打开图像匹配工具，步骤如下:1.选择铁塔点云模型从图像树形列表中选择一个图像在测量模式下,打开 uImage Matching Tool。Image Matching Tooln 如图 5-16 所示图5-16：图像匹配工具线匹配方法的匹配过程：1.从图像选择列表中选择一个图像，将它作为图像匹配的参考图像使用。2.点击.，打开线匹配模式。3.在3D场景中至少选择设置六条标记线，如图5T7左所示。4.在选择的匹配图像中至少设置六条匹配标记线，如图5-17右所示。中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第33页图5T7：标记线的选择5.完成在每个视图（参考图和点云）匹配的线标记设置后，你可以删除那些不正确的匹 配设置，重新排序其中的部分（或全部），修改它们在每个子视图的位置或重置所有。有四个工具，用于修改、编辑标记，如图5-18所示。Step2-Sd:iDdmed In 向 I2 DJ43DJ 12 0M30Pai?Porum 0Port 02 Port tt3 Line SI1-移比标记 多重设所有标记2-删除标记 4里定义标记图5-18：标记编辑工具6.预览图像匹配完成上述步骤，就可以预览匹配的结果。图像将被投影到三维视图上，显示图像与点 云融合的景象。利用三维视图窗口左侧的滑块来改变混合参数，以检查与三维数据图像的 匹配程度,如图5T9所示。中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第34页1在图像匹配对话框的步骤3中单击“Preview”预览图像匹配结果。2如果需要的话，单击隐藏。在背景图像将从3D视图窗口被删除。图5-19：预览图像匹配效果7.赋予点云色彩属性点击“Coloring”把图像的颜色赋予点云。要注意的是，这一步操作无法撤销，但是 可以通过另外一幅图像改变点云的颜色属性，如图5-20所示。图5-20：赋予色彩属性前后对比8.保存匹配结果在满意匹配的结果的情况下，则可以保存匹配结果。点击“apply”保存匹配结果到 中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第35页数据库，在单击“Close”。注意，这个操作不能返回。5.3输电线路铁塔三维建模的应用在输电线路设计中，不同气象条件下架空线的弧垂、应力和线长占有十分重要的位置,是输电线路力学研究中的重要内容。对于铁塔设计来说，应力、弧垂都是十分重要的因素。可以利用铁塔的三维模型，量取必要的计算数据，参与铁塔运行参数的计算。5.3.1确定架空线弧垂值如图5-19所示，对于该架空线，A、B为架空线的两个两悬挂点，0点为最低点，h 为两悬挂点高差。图5-2 1：悬链线坐标图根据弧垂的定义，架空线任意一点处的弧垂为K为悬链线系数，决定了悬链线的形状，无论何种架空线、何种气象条件，只K为定值,悬链线的形状便相同。三个特殊条件下的弧垂计算，如下：1、档距中央弧垂档距中央弧垂，即在档距中央x=l/2处的弧垂,可得中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第36页(5-2)(5-3)(54)利用式5.3.1-1、5.3.1-2、5.3.1-3和5.3.1-4,结合铁塔的三维模式，通过三位模 式量取X值，带入上述四式可以很容易的求出架空线狐垂值。5.3.2 确定横担尺寸横担的尺寸需要考虑到风偏角的影响，当绝缘子尺寸确定后，需要核算风偏角度的影 响，从而确定横担尺寸，以防止导线（带电体）与铁塔部分（接地体）之间的空气间隙不被击 穿图5-22：横担尺寸的确定如图5-20所示，横担尺寸可以确定为：中国矿业大学2010届本科生毕业设计(论文)第37页Lhd=BK+RK+X,sin 3(5-5)Rk带电体与铁塔接地体最小空气间隙中相对于悬挂点偏移最大者;Bk带电作业安全距离；A绝缘子的长度；影响横担尺寸控制气象条件的风偏角度。在所建的输电线路铁塔三维模型上，通过调用测量工具可以在模型上量取横担的尺 寸，如图5-23所示，a、b、c分别是铁塔下横担1、横担2和上横担.3尺寸测量示意图,d、e、f表示的是显示点云和隐藏点云情况下的测量示意图。图5-23：横担的尺寸丈量由模型上多次测量横担的尺寸，求其平均值，可得横担尺寸如表5-2：表5-2：横担尺寸丈量值第一次第二次第三次平均值横担1尺寸3.11623.07643.09083.0945横担2尺寸3.03813.07743.12693.0808横担3尺寸2.1162.00992.01362.04655.3.3 确定地线支架高度根据避雷线、双地线水平距离和中央导线与地线支架距离三个距离要求，可以分别确 定出三个距离要求下所得出地线支架高度，地线支架高度和水平距离如图5-24所示：中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文）第38页qx一-T+H士土+H.O图5-24：地线支架高度和保护角示意图1、根据避雷线条件%i+4 0.012 L+l（m）,最后得到：2.88x10 一 4 .为3=-cos-6+008 6*-+2/?（5-9）gd _ _b_综上三个条件推导下的地线支架高度方式确定的地线支架高度为：%=Amax（%i，hb2,hb3）（双地线）（5-10）hb=Amax（%,hb3）（单地线）（5-11）