三位激光掃描在局部站場沉降中的應用

王 研，許崇良

西安長慶科技工程公司，陜西 西安 710018

近年來，激光掃描技術獲得了長足的發展，特別是激光三維掃描儀器在獲取物體的三維空間數據方面成績卓越。三維激光掃描成像系統的應用，為人們獲取近距離的空間信息提供了一種全新的技術手段，測繪人員由單點定向采集數據變為連續自動獲取數據，這種突破大大提高了地形測量的效率，拓寬了測繪技術的應用領域。

三維激光掃描技術的最大的優點就是快捷、方便、準確、動態、實時、全數字化，具有高精度、測量方式靈活、不直接接觸物體等特點，可以迅速獲取所測物體的空間三維數據，進而建立其立體模型，以便對其模型進行數據處理、分析，或者為相應的數字化產品提供基礎數據源。參數如下表：

表1

對于掃描的對象， 把三維掃描儀放置在它有效的距離內，可獲得大量的點云數據，精度可以達到亞毫米級精度，通過把不同角度的點云資料拼接，就能獲取對象立體的點云圖形， 從任意角度獲取兩影像重疊就可以組合拼接為立體圖， 采集點位密度大，數據信息豐富，真實反映現實環境， 實現精細化測繪，同時帶來工作效率提高，勞動強度降低，測繪投入費用減少等諸多好處。

油田建設中涉及到好多大型的站場建設，其中天然氣處理廠或大型的凈化廠里主要的設備就是壓縮機，如圖1所示，由于壓縮機單體重量達到30多t，總套設備組裝起來70噸左右，在幾百平米的場地里面，單位面積承受的壓力可想而知，在場站運營階段中，對這一區域的沉降監測尤為重要，它關系到設備的安全運行及設備的使用壽命。

圖1 氣田壓縮機

我們以往的變形監測方式是設置變形觀測網，通過高等級水準測量來完成，通過在監測物上面設置變形觀測點、在變形區域外選擇穩固的基準點、在穩定且方便的地方選擇工作基點3部分來完成，經過定期的觀測和數據解算，來判定目標是否發生沉降，隨著科技的快速發展，目前出現了以GPS為手段的變形監測和借助遙感影像的INSAR技術，這些技術手段較以前的手段來說無疑是巨大的進步，但是我們就氣田站場壓縮機等重量大的物體的沉降監測而講，其接觸物多數是在室內或者是在棚房下，這樣的話，GPS和遙感均受到限制，無法使用。

表2 優缺點對比表

上面的幾種方式通過對監測點監測，經過計算和分析便可以做出監測物是否存在沉降或者變形，但采用傳統的水準測量或者GPS觀測，其結果是在大量的離散點的基礎上面的，而遙感影像INSAR，它雖能獲得影像不同時期的立體模型，但是其具有一定的觀測周期和數據處理周期，數據更新收到一定的限制。而采用三維激光掃描技術，可以連續、高精度、高密集對監測對象、監測物進行立體空間掃描，來獲取監測體的整體數據，通過定期或者不定期對監測物的三維掃描數據對比分析，針對用途做出專門的分析與評價。

通過對某一特定區域掃描和大量點云數據的解析編譯，可以真實反映所測物體的現實環境， 實現精細化測繪，同時帶來工作效率提高，勞動強度降低，測繪投入費用減少等諸多好處。而通過專用的軟件的處理，其精度可以達到毫米的水平，在局部的監測中完全可以代替以上的幾種測量方式。

在氣田壓縮機區域通過激光的掃描，可以從處理過的數據中，獲得機體不同位置相對位置的變形關系，對于重點部位的監測可以從數據中重點選擇，而其他的沉降微乎其微的部門可以進行剔除。將每月監測的數據匯總，借助GIS可以將其入庫，軟件將自動進行分析匯總，反映出在機器運行中重點區域的沉降情況，為后續的處理提供參考數據。

伴隨三維激光技術的不斷完善與發展，以及三維控制信息需求的增加，三維空間技術將和現代經典測量技術相互融合，作為一種新的空間物體數據獲取方法，其在局部測繪領域應用的空間將更加擴大。

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