Artec 3D扫描再创新高:检验8米高防洪堤
挑战:立交桥上车辆络绎不绝,桥也随之震动,GoMeasure3D团队需要在桥下精准捕捉长达5公里的防洪堤部分影像。他们致力于寻找一种可量化的方法以有效检测该防洪堤的受损状况。
解决方案:Artec Leo、Artec Ray II、Artec Studio、SOLIDWORKS、Geomagic Design X、Geomagic Control X
效果:细节丰富的数字化技术,为发现变形问题、测量腐蚀程度、评估堤坝维护需求提供了理想方案。Artec Studio软件功能强大,原本耗时两天的从扫描到检验再到网格的过程,现在仅需90分钟即可完成。
为何选择Artec 3D:Artec Ray II配备内置显示屏和GPS追踪功能,让大规模扫描任务变得轻而易举。更小细节的检验还可借助精度达0.1毫米的Leo,并通过整合多个数据集,搭建栩栩如生的3D模型。

GoMeasure3D团队在弗吉尼亚州里士满的防洪堤旁用Ray II扫描。图/GoMeasure3D
1972年6月19日,飓风“艾格尼丝”猛烈袭击美国海岸,引发了一场灾难性的洪水。附近的詹姆斯河决堤,导致里士满市内的乡镇、高速公路和铁路沿线遭受了严重的洪水侵袭,这一事件也永久改变了里士满的水滨风貌。
仅在弗吉尼亚州,这场洪水造成的路损金额高达1480万美元(相当于今天的1.1亿美元)。同时,房屋、污水处理系统和其他基础设施也亟待修复。更不幸的是,有四人在洪水中丧生。然而,直到1985年再次遭遇严重洪水后,当地政府才改变策略,采取了新的预防措施。
防洪堤建设紧锣密鼓地展开,覆盖詹姆斯河两岸,南北防护一应俱全。历经十年的辛勤建设,终于大功告成。1996年那场暴风雪使河水水位飙升至6.7米,但防洪堤依旧稳固如初,至今守护着人们的家园。
尽管如此,该地区仍面临严重的风险,防洪堤也从未全面投入使用。里士满人口众多,达23万,且城内有许多珍贵的殖民时代遗留下来的建筑。我们如何确保防洪堤能继续发挥作用,继续守护这个工业城市呢?
这就轮到Artec 3D金牌认证合作伙伴GoMeasure3D出场了。该团队借助全新的 Artec Ray II 3D开云体育官方首页登录入口 ,迅速启动了防洪堤的检验工作。结合无线Artec Leo ,他们捕获了所需数据,精准检验了防洪堤的状况。
Ray II:3D扫描的“一大步”
GoMeasure3D的3D扫描项目由当地工程师Art Pekun负责,他带着Ray II开云体育官方首页登录入口 踏上了现场勘测之旅。起初,他对现场测试LiDAR新设备充满期待,但随着工作的深入,他很快意识到这项任务困难重重。

GoMeasured3D获取的里士满防洪堤扫描数据。图/GoMeasure3D
刚走上人行道,Art就敏锐地觉察到横跨防洪堤的桥梁和周边街道上的人群都可能成为GPS定位的干扰源,导致扫描结果出现动态模糊。除此之外,防洪堤规模宏大,普通的设备难以应对如此大规模的扫描任务,还缺乏实时反馈、持久续航和一次多角度扫描的能力。
Art一把Ray II安装在轻型三脚架上,就感受到了这款开云体育官方首页登录入口 的与众不同。它配备内置显示屏,有无标记点追踪功能,几秒钟即可完成架设。其视觉惯性系统(VIS)则能实时追踪开云体育官方首页登录入口 运动,确保精准导航和定位。
在此案例中,Ray II的VIS系统表现突出,不仅迅速完成了九个不同角度的数字化扫描,还精准捕获了防洪堤可能受损部位的数据,并在扫描时自动设置了对齐点。GoMeasure3D的首席运营官Paul Motley对Ray II赞赏有加,他表示,Ray II在短短20分钟内就实现了超高精度的数据捕获,这在过去是不可能达成的。

Ray II内置显示屏显示一次完整的3D扫描即将在数秒内完成。图/GoMeasure3D
Paul坦言:“在Ray II问世之前,这样的任务我们可能根本不会去尝试,因为挑战太多且难度极大。没有对齐追踪功能,合并数据将无从谈起。仅仅是想象从防洪堤的一边走到另一边就足够让人头疼了 。”
“过去,我们根本没考虑过监测防洪堤。但现在有了Ray II就不一样了,它功能先进,让我们的工作一下子上了个新台阶。”
那些复杂的生锈区域是检测防洪堤闸门时的挑战。通常情况下,“循环”扫描的两端匹配起来比较麻烦,而Art利用Artec Leo先进的纹理追踪功能,轻松解决了对齐难题。
Art表示,将Leo高精度的扫描数据与Ray II的数据融合后,可以生成多分辨率网格,连最微小的细节都能清晰捕捉,为深入分析提供有力支持。特别是在评估闸门的密封性能时,这些数据至关重要。它们能帮助我们判断防洪堤是否能有效阻挡洪水,或是否存在渗水风险。

在Artec Studio中初步分析防洪闸门扫描数据。图/ GoMeasure3D
“Ray II在定位和测量方面表现出色,Leo则帮我们深入检查每个细节,构建出更详细的参照框架,”Art表示,“人人都想有台能一步到位的开云体育官方首页登录入口 ,但现实却不允许。不过,Artec Studio通过智能融合技术整合数据的功能,确实让我眼前一亮,其他软件可做不到这一点。”
里士满防洪堤的检验工作
在Artec Studio中处理数据时,团队首先通过三角剖分法对数据进行处理,随后用该软件的全局配准算法,一键对齐所有扫描数据。为简化网格和缩小网格大小,团队删除了多余的帧数据,并将数据分为桥梁、街道和防洪堤三层,以便进行更细致的分析。
团队用Artec Studio的质检工具集对优化后的网格进行了进一步的分析。他们还借助距离映射功能,轻松对比特征,从而迅速识别出偏差。除此之外,Artec Studio的拟合平面功能在评估平面度,分析表面能否紧密闭合形成密封方面表现出色。

Artec Studio中的防洪堤完整3D扫描图。图/GoMeasure3D
为更深入地检查,该团队随后将扫描数据发送至Geomagic Design X(一款逆向工程软件)。Paul表示,他们发现该软件的网格分割工具特别有用,能将复杂部件的扫描数据转换成基于特征的可编辑实体CAD模型,“大大节省了时间”。
随后,团队借助Design X SOLIDWORKS LiveTransfer,将这些模型导入SOLIDWORKS,并转换为可用的CAD图像元素。不仅实现了工作成果的完整迁移,还确保了所有参数关系的保留和原始数据的准确性。
在将网格转换为易于构建或深入检查的捕获结构后,团队将其导入Geomagic Control X。借助该软件的有机表面拟合等偏差分析功能,GoMeasure3D团队在分析防洪堤的深度、体积和有形损耗之前,就能够迅速识别出潜在变形问题。
Paul还说到:“混凝土结构不像图纸那样直观,无法直接判断是否与CAD设计完全一致。我们要找的是腐蚀、点蚀、变形等物理损害问题。好在Control X的有机表面拟合功能很独特,它能帮我们算出缺陷的体积,让我们能更准确地评估防洪堤结构的稳固性。”
“一旦锁定缺陷位置,你就能迅速判断出它们是否集中在某个特定区域。必要时,你可以果断地说:‘我们需要立刻前往修复。’”

Geomagic Control X中里士满防洪堤的偏差分析。图/GoMeasure3D
“轻松上手”的工作流
GoMeasure3D这一从扫描到检验的工作流虽包含几个步骤,但有了直观、操作简便的对齐和扫描至CAD的工具,再加上一些练习,Paul表示这个过程并不难,反而“十分简单”。
Paul和他的同事们最后并没有发现防洪堤存在严重问题,但他们的努力成功让大家看见了3D扫描技术在其他领域的巨大潜力。实际上,他们的工作流程受到了广泛认可,非常适用于捕获精准、详尽的数据,以支持工业制造、采矿、航空航天等多个领域的质检、质控和维护工作。
“这个工作流程无需CAD数据,能广泛应用于土木工程的多个领域,”保罗总结道,“尤其在核能等行业中,对于混凝土结构的完整性和长期监测需求巨大。这些检验虽看似简单,实则技术复杂,未来发展前景和空间都相当可观。”
“有些人标准高,要求10至20微米的精度;有些人则相对宽松,误差不超过一英寸就行。但不论是涡轮叶片还是防洪堤,其检验原理都是相通的。”
Art总结道,这一案例充分体现了现代扫描技术在提升维护安全性和效率方面的“出色表现”。它不仅在里士满防洪堤维护工作中起到了关键作用,同时也彰显了3D扫描技术在其他领域的巨大的应用潜力和广阔的发展前景。
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