三维激光扫描仪在构建油气田数字管网中的应用

　　摘 要：通过使用三维扫描的手段，大批量的采集被测物体、设备的数据，经过后期软件的处理，可以输出成符合原物体的真实场景，其直观的、立体的、逼真的、精确的成果，满足了一些常规测量手段无法解决的问题。

　　关键词：三维激光扫描;油气田;管网;

　　Abstract: Through the use of 3D scanning means, large quantities of collection objects to be measured, the device data, through the latter part of the processing software, it can be output in accordance with the original objects in real scenes, with its intuitive, three-dimensional, vivid, accurate results, meet some conventional measurement methods can not solve the problem.

　　Key words: 3D laser scanning; oil and gas; pipeline

　　中图分类号：TU996.7+2 文献标识码：A 文章编号：

　　一：三维激光扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，又称为“实景复制技术”，是继GPS技术后测量领域的一项伟大革新。三维激光扫描突破了传统的离散点的数据采集，开创了基于面的数据采集方式，其每秒上万个甚至十几万的点云数据是大量扫描离散点的集合，这些点不仅包含测量点的( X，Y，Z) 坐标信息，还包括RGB 颜色信息，同时还有物体反射率的信息，这些信息可以清晰、可真、高度还原扫描物的真实场景，给人一种直观、真实的视觉还原，特别在形状复杂、地物众多、立体交叉的地物扫描中更能发挥其不可比拟的优势。

　　在油气田地面建设当中，多年的发展已经建设成了许多大型的站场并铺设了众多管网，随着数字化油田建设的需求，传统的图纸、信息已经满足不了数字化站场管理和更新，迫切要求一种更及时、更精细、更安全的信息获取手段来适应当前发展的趋势，满足油气田管网、站场、设备的高清、三维、动态的管理需求。

　　二：自2009年购置第一台莱卡C10 三维激光扫描仪以来，我公司根据油气田发展的新动向，尝试数字化站场建设，在某气田集气站进行了一系列的扫描实验，运用高精度的0.5秒TM30全站仪和莱卡C10三维激光扫描仪两种技术手段，针对于气站中重量最大、振幅最强的压缩机设备联合进行观测，来监测、评价压缩机的运行状况。

　　在使用三维激光扫描仪时，主要利用其获取的海量点云数据进行变形、沉降的数据分析，同时对于构造复杂的压缩机及其附属管网进行三维扫描和后期建模，以便今后的维护管理和数字化站场建设的要求。 下图为压缩机设备扫描的原始点云数据。

　　此次扫描，共设有15个标靶，分6次来设站扫描，标靶坐标均是通过高精度全站仪观测而解算得来的，扫描的点云数据利用CYCLONE软件， 经过多站的拼接、降噪等最终将需操作区域点云以* XYZ数据格式导出来。

　　在GEOMATIC STUDIO再将* XYZ数据导入进来，通过修补法线、处理噪音、删除体外孤点、封装、切线、等过程，可以得到工业标准处理数据格式*IGES，再将此数据导入CREO PARAMETRIC环境中，此程序大量的工业开发模块完全满足工业管道、零件、实体等建模需求，另外程序对切线进行模型构建，其数据量将极大地降低，大大提高了计算机运行速度及效率。

　　三：三维可视模型的应用前景：

　　(1)以点云作为数据源，辅助当今各种成熟的三维制图软件，构建的三维可视图可以直观、方便、快捷地反映扫描物体的全局信息，多视角、多层次的掌握设备结构，在软件中不仅包含大量实体信息还能提取立体姿态、空间位置等大量二维视图无法提供信息，让维护者和管理者全角度掌握物体、设备的信息。

　　( 2) 使用三维图像及与GIS对接后，对站场、设备、装置能起到动态监护。常规的图纸更新的周期比较长，如果外界发生变化需要重新组织人力进行内业及外业维护，且只能反映二维的特征，但三维的模型只要在电脑进行跟踪管理，就可以对空间、平面的统一实施更新。

　　( 3) 在运行的设备上通过三维物接触扫描的形式，可以避免设备停产和很多安全隐患，特别是许多高危区域，在平常是无法到达的，只有采用扫描才能获取采集区的点云数据，为后期更好的维护、监测提供基础数据。

　　经过内业数据处理和建模，可以得到还原物体的真实信息并提供一个三维的效果，其成果可以成为后期GIS或者动态画面制作的中间成果，也可以直接输出成为油气田三维数字产品的最终成果。油气田中，不论其观测物多么复杂或者繁杂，通过内业详细建模，均可真实地得到还原与重现，为后期管网、设备的维修、维护、监控、改造提供了一个信息化的平台，这样可以节省大量的人力、物力和财力。

　　四：结 论

　　(1)三维激光扫描仪，是一种新型的数据获取手段，其海量电云数据只是为后期的软件提供了一个数据平台，通过在不同软件下采用不同手段建模时发现，利用电云切线在PRO环境下进行模型建立比直接在CAD界面及MICRSTATION中使用点云建模更加的快速、便捷。

　　(2)三维建模之后的数据管理及GIS数据库管理应该配套进行开发和研究，在油气田数字化建设中，大量的内业工作集中在三维建模当中，其数据处理的过程中以何种数据形式和GIS数据库对接也是今后工作中急需研究和解决的，这样才能保证真正的数字化意义。

　　参考文献：

　　1，三维激光扫描技术在石化企业的应用王瑜刘西涛王照星薛勇 测绘通报2011 年第11 期86-87

　　2，三维激光扫描技术应用于建筑物建模的测量方法研究 黄承亮1* , 向娟2 城市勘测 2011年2月第1期 87-90

　　3， 快速处理大数据量三维激光扫描数据的技术研究[J]张瑞菊，王晏民，李德仁 测绘科学，2006，5(31)：48-50.

　　4，三维激光扫描技术在数字城市中的应用 李杰, 周兴华, 唐秋华, 李君益, 厉峰， 海岸工程，

　　2011 年9 月，第30 卷第3 期28-33

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文章名称： 三维激光扫描仪在构建油气田数字管网中的应用

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