點雲建模場景分析
新技術一直在擾亂建築和土木工程行業。點雲建模已經存在了一段時間，但它已成為承包商和工程師的主要工具，在進行土地調查時尋求更多的便捷性和效率。用更少的資源來完成相同的工作-這是每個人從其業務努力中想要的。但是，點雲到底是什么？它對測量工作場所有何幫助？
本文介紹如何將點雲用於3D模型，展示其工作原理，以及從中獲得的收益。
什么是點雲？
點雲是許多小數據點的集合。這些點存在於三個維度中，每個維度具有X，Y和Z坐標。每個點代表某個區域（例如工程現場）內一部分表面。可以將這些點想像成圖片中的像素。它們共同創建了可識別的3D結構。而且，點雲越密集，在圖像中看到的細節和地形屬性越多。
創建和利用點雲可將數據世界帶到某個范圍之內，但是生成數據后，必須知道如何處理它。這個問題可能會給某些測量師帶來麻煩，而另一些測量師可能不知道如何創建點雲。但是，這兩個問題都有簡單的解決方案。當概述使用點雲要實現的目標時，知道如何獲取數據並從中獲得最大價值。
可以使用兩種主要方法（攝影測量法和光檢測與測距（LIDAR））創建點雲，下面對此進行詳細討論。
如何創建點雲？
當涉及大量細節和許多小點時，如何創建點雲？答案通常是激光掃描儀。現場測量師可以使用激光雷達從點雲創建3D模型。使用激光，可以掃描選定的環境（例如建築工地），然后掃描儀會記錄其中的表面數據點。
擁有完整的點雲后，可以將其導入到點雲建模軟件解決方案中。在此階段，可以修改數據點以提高准確性。要以類似於地形的3D格式查看點雲，需要從建模平台導出數據，並將其上傳到計算機輔助設計（CAD）或建築信息建模（BIM）系統中。
使用攝影測量技術進行點雲測量
攝影測量法是創建點雲的常用方法。利用這種技術，無人駕駛飛機可以拍攝建築或土木工程現場的大量照片。由於無人機使用相機，因此可能需要根據現場環境條件調整其設置，以獲得最佳效果。需要各種角度才能捕捉到風景的全貌。捕獲所有圖像后，可以使用處理平台將照片重疊。
通過將圖像縫合在一起，可以在CAD或BIM程序中開發點雲，創建3D網格並生成完整的3D模型。填充數據點之間的間隙並創建網格的過程稱為表面重建。這就是為什么必須獲取盡可能多的數據點和圖像的原因將需要填充或重建的空間更少。
與攝影測量法不同的是，遙感技術（LIDAR被歸類為遙感技術）使用飛機來研究工作地點並從中實時創建數據點。
什么是激光雷達點雲？
借助無人機技術，可以使用LIDAR掃描區域並記錄其數據點以生成點雲。LIDAR使用紅外激光脈沖來測量距離。當這些脈沖反射回傳感器時，它將測量光返回所需的時間。這些激光掃描儀每秒最多可發射 100,000個脈沖，從而提供了令人難以置信的被映射區域的詳細視圖。
創建LIDAR點雲后，會經歷類似的過程，即轉換為網格並開發為3D模型。將LIDAR硬件安裝到無人機上后，可以使用3D激光掃描來繪制選擇的任何區域。正確連接硬件非常重要-錯誤的設置會影響無人機的平衡，從而影響數據的准確性。
LIDAR和攝影測量法可產生相似的准確度。在選擇使用哪種設備時，最好考慮一些因素，例如安裝設備需要多長時間以及哪種方法來說更容易使用。
點雲如何在站點模型中使用？
測量中的點雲是什么？土地測量師使用點雲建模來創建地貌的擴展表示形式，否則將需要大量的時間和精力。即使項目規模不大，使用LIDAR無人機收集數據也可以提高效率和整體工作經驗。
土木工程站點可以包括道路，地鐵系統，橋梁，建築物等，可以具有復雜的結構。手動調查這些位置可能會延長項目的工期，並需要更大的預算，但是諸如點雲建模之類的技術進步簡化了流程。通常，新技術在過去幾年中對土木工程產生了重大影響。生產制造，智能技術和人工智能只是其中的幾個例子。
無人機技術和點雲建模也可能成為互聯工作現場的基本要素 。地理定位，傳輸竣工信息和遠程監視工作站點等任務都可以從這兩種技術中受益。反過來，公司可以提高員工的生產率和安全性，並減少保險和責任成本。
EARTHWORKS中的點雲
點雲建模技術使用無人機， 由於其靈活性和效率，無人機 在土方工程和建築項目中越來越受歡迎。可以在構建過程中扮演多個角色-從任何項目的開始到結束。采礦，測量和農業屬於許多采用無人機技術進行過程優化的行業。
目前為止，無人機可以通過以下幾種方式來影響現代土方工作：
- 改進進度監控： 委托土方工程的公司並不總是有時間或資源來派人到指定的地點進行定期檢查。無人駕駛飛機可以通過拍攝現場照片並將其變成直角馬賽克來檢查進度。從那里，可以使用正交拼合創建數字高程模型（DEM），並將這些日常拍攝與最終項目計划進行比較。
- 更好的工人安全性： 手動測量可能要求工人在陡峭的斜坡上或在崎嶇的地形上行走，如果有人倒下，可能會造成危險。如果將無人機放在野外，則可以從遠處捕獲數據，而不會造成傷害風險。
- 更快的填土： 一些公司使用地形圖進行 填土比較，在大型或復雜的工作現場執行可能需要幾天的時間。處理數據會增加計划時間，但無人機可以更快地完成數據收集。使用直觀的軟件來處理，導入和導出此信息變得更加簡單。
用於3D模型的點雲
構造3D模型的復雜性可能會根據建築物或景觀類型及其特征而變化。在該區域仍在使用時必須進行的翻新或翻新增加了另一層復雜性，但是使用正確的工具並非不可能。激光掃描儀和高科技建模軟件解決方案可確保識別每個可能的物體並將其與下一個物體區分開。
對於地形復雜或植被豐富的風景，可能有必要派出測量師以補充掃描儀可能遺漏的任何斑點。當擁有數據點並開始從點雲到3D模型的轉換時，可能需要進行一次以上的掃描。類似於攝影測量，將需要在同一位置使用不同角度來獲取完整圖片。
將數據渲染到3D網格中可組織這些點並設置可用於構建模型的基礎。導出點雲將創建一個文件，該文件可以導入到CAD或BIM系統中。什么是公共點雲格式？根據使用的軟件，可能會看到以下文件格式：
- PTS： PTS是3D點雲數據的開放格式。由於開放格式由標准組織維護，因此任何人都可以使用。
- XYZ： XYZ是原型美國信息交換（ASCII）格式的標准代碼。它與許多程序兼容，但沒有單位標准化，這會使數據傳輸更加困難。
- PTX： 這是用於存儲點雲數據的另一種常見格式，通常來自LIDAR掃描儀。它只能在有組織的雲上使用-不能在無序雲上使用。它也是ASCII格式。
- E57： 此文件格式與供應商無關且緊湊。它可以存儲來自3D成像系統（如激光掃描儀）的點雲和元數據。它也由ASTM International指定，並具有ASTM E2807標准中的文檔 。此外，它可以存儲連接到3D點雲數據的屬性，例如強度和顏色。
- LAS： 這種開放格式是為從LIDAR掃描獲得的數據而設計的 ，盡管也可以容納其它點雲數據記錄。結合了全球定位系統（GPS）數據，激光脈沖范圍信息和慣性測量單位（IMU）來創建適合X，Y和Z軸的數據。
- PLY： 這種類型稱為多邊形文件格式，用於存儲3D掃描儀中的數據。可以容納顏色，紋理和透明度等屬性。可以包含來自點雲和3D網格的數據。
無論決定使用哪種文件格式，都要確保建模軟件可以將點雲轉換為與所選CAD或BIM解決方案兼容的文件。
點雲建模的好處
點雲並不是創建3D模型的唯一方法 ，但是由於多種原因，它們非常有用。施工經理和土木工程師使用3D模型來更好地控制機器，提高項目進度和逼真的現場布局的責任感。建模的一些好處包括：
1.效率
將點雲上傳到攝影測量平台后，可以組織數據，而無需手動對X，Y和Z上的每個點進行三角測量。該軟件完成工作，從而節省了原本要花費大量時間處理數據的時間。隨着時間的縮短，可以更快地整理項目詳細信息並更快地開始工作-這也意味着更快的完成時間。
由於可以同時記錄大量點，因此數據收集也更快。無人駕駛飛機可以在廣闊的區域內進行掃掠，而所需的時間卻遠遠少於測量團隊做同樣的事情。
2. P精度
激光掃描和攝影測量可提供快速而准確的結果，從而將居住環境轉變為詳細的3D模型。地面LIDAR可以產生毫米級范圍內准確的結果，而無人機LIDAR則可以精確到1至30厘米。它的激光可以穿透茂密的植被，從而獲得更全面的現場視野。
此外，LIDAR通常會結合其它功能，例如GPS，以確保每個數據點都帶有准確的信息。攝影測量學也使用實時動力學（RTK）地理標簽來確保記錄風景形式的准確性。
3.儲蓄
由於使用點雲進行站點映射的精度更高，可以為項目規划更有效的預算。可以避免超出財務上限，並且遇到任何代價高昂的錯誤或意外費用的機會也更少。激光掃描還消除了手動測量的需要，從而降低了雇用額外勞動力的成本。
這些減少或消除的支出省錢，項目也將獲得更多收益。提高准確性可以使更多的客戶信任完成任務，這可以提高聲譽並鼓勵更多的公司開展業務。