在海面上空56米三維掃描舊金山大橋，完整采集橋梁鋼板數據
時間：2023-07-31 15:06 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
導讀：舊金山里士滿-圣拉斐爾大橋建于20世紀50年代。在數十年的高強度使用后，在高溫、海水以及化學元素侵蝕的多重因素作用下，橋梁出現了較大程度的磨損，部分生銹的鋼板急需更換。由于當年的施工圖紙已經散失，需要直接采集鋼板的測量數值。
一橋飛架東西，天塹變通途
早在20世紀20年代，加州政府就產生了初步想法，希望建造一座跨海大橋，連接舊金山東部和西部海灣。大橋建設方案自提出以后，經歷了無數次修改和推遲。直至20世紀50年代，在二戰后人口增長和工業繁榮的背景下，舊金山灣區兩岸的交通需求極其旺盛。提案最終確定，建造一座連接東岸的里士滿和西岸的圣拉斐爾的跨海大橋。1953年3月，大橋開始破土動工。歷時三年半的建設，至1956年9月，大橋正式建成通車。從此，一橋飛架東西，舊金山灣區天塹變通途。
據統計，自1956年正式通車以來，平均每天有超過7萬輛汽車駛過大橋。海水蘊含的水汽和鹽分、灣區炎熱的氣候、汽車排放的尾氣和產生的震動……多種因素已經對大橋造成了嚴重的損耗和破壞。橋梁整修迫在眉睫。Danny's Construction公司承接了本次里士滿-圣拉斐爾大橋的整修項目。該公司是一家專業從事鋼結構以及大型結構建造和維護的成熟供應商。由于上世紀50年代大橋的施工圖紙已經散佚，且為了達到理想的整修效果，Danny's Construction公司希望找到一種全新方式，獲取到橋梁鋼板的精確測量值。幾經周折，他們終于找到了Artec 3D金牌認證經銷商Indicate Technologies Inc。
“客戶希望測量鋼板，以及鋼板上鉚釘的準確位置。每塊鋼板上有超過250顆鉚釘。”Indicate Technologies Inc的工程師馬西奧·阿達米表示。為了確保新生產的用于替換的鋼板在安裝時能夠嚴絲合縫，所采集的測量數據必須高度精確。
特殊工況下的唯一解決方案
在敲定鋼板的測量方案時，需要考慮到以下因素：首先，操作位置懸在半空中，在海面上空56米的高處；其次，大橋保持正常通行狀態，車輛川流不息；當然灣區的強烈日照和肆虐的狂風也是一個問題；最后還有生態層面的考量，在鯨魚交配季節，限制人類近水活動。
簡而言之，需要一位操作員系著安全繩，快速滑到大橋的外側部分，捕獲每塊鋼板的所有表面細節。
在這種特殊工況下的解決方案已經呼之欲出：Artec Leo。
Artec Leo是一款無線手持式三維掃描儀。這款設備具有機載數據處理能力，內置電池，搭載觸控屏，在使用時無需連接電源線和筆記本電腦，真正實現了無線式操作。
無線式的掃描設備，為懸在海面上空的操作人員省去了大量的麻煩。即開即用，無需貼點，適應了跨海大橋上的特殊工況。高達3500萬點/秒的數據捕獲速度，在極短時間內完成數據采集，盡可能減少對交通的干擾。VCSEL光源不懼強光，在戶外陽光照射下仍可正常工作。
“沒有其它解決方案可以替代，Artec Leo正是為此而設計的。”
阿達米介紹道：“當得到主管部門的許可在橋上工作，我們只有一小段時間。我們需要在早上5:30-6:00之間到達，對掃描工作進行簡單規劃，然后穿戴安全繩和頭盔，開始掃描。上午9:30-10:30，我們開車回辦公室并導出數據。”
考慮到掃描時間緊，掃描工作量大，工況特殊以及天氣條件多變，整個項目前后耗費了數個月的時間。工程師共8次來到現場采集數據，最終完成了所有鋼板的掃描。工作的第一階段——采集數據宣告結束。
一天時間搞定數據后處理
采集到鋼板的完整三維數據后，工作進入了第二階段——數據后處理。
“我們將數據導入到Artec Studio軟件，刪去不需要的部分，對齊數據，運行全局配準，并通過尖銳融合生成網格數據，然后將文件以STL格式導出。”
隨后，工程師將STL文件導入Geomagic DesignX軟件進行下一步處理，并以PTS格式導出。接下來將文件導入Autodesk軟件，進行SBU繪圖。在某些情況下，后期處理可以在一天內完成。
最大的困難其實是：“在大風、寒冷和日照的環境中克服你的恐懼。”
節約大量時間和成本
八個月后，大橋上的全部鋼板均已替換完成，安裝效果嚴絲合縫。據保守估計，采用Artec Leo三維掃描儀幫助項目方節省了75%-90%的測量時間。高精度的測量數據為隨后的鋼板制造提供了良好的參照，大大降低了返工率，從而降低了制造成本。
下一階段的計劃是：對替換上去的新鋼板進行三維掃描，數字化存檔，以供未來世代的橋梁檢修人員查看并參考。精確到0.1mm的測量數據將為無數代工程師、建筑師和檢查員所用。
一橋飛架東西，天塹變通途
早在20世紀20年代，加州政府就產生了初步想法，希望建造一座跨海大橋，連接舊金山東部和西部海灣。大橋建設方案自提出以后，經歷了無數次修改和推遲。直至20世紀50年代，在二戰后人口增長和工業繁榮的背景下，舊金山灣區兩岸的交通需求極其旺盛。提案最終確定，建造一座連接東岸的里士滿和西岸的圣拉斐爾的跨海大橋。1953年3月，大橋開始破土動工。歷時三年半的建設，至1956年9月，大橋正式建成通車。從此，一橋飛架東西，舊金山灣區天塹變通途。
據統計，自1956年正式通車以來，平均每天有超過7萬輛汽車駛過大橋。海水蘊含的水汽和鹽分、灣區炎熱的氣候、汽車排放的尾氣和產生的震動……多種因素已經對大橋造成了嚴重的損耗和破壞。橋梁整修迫在眉睫。Danny's Construction公司承接了本次里士滿-圣拉斐爾大橋的整修項目。該公司是一家專業從事鋼結構以及大型結構建造和維護的成熟供應商。由于上世紀50年代大橋的施工圖紙已經散佚，且為了達到理想的整修效果，Danny's Construction公司希望找到一種全新方式，獲取到橋梁鋼板的精確測量值。幾經周折，他們終于找到了Artec 3D金牌認證經銷商Indicate Technologies Inc。
“客戶希望測量鋼板，以及鋼板上鉚釘的準確位置。每塊鋼板上有超過250顆鉚釘。”Indicate Technologies Inc的工程師馬西奧·阿達米表示。為了確保新生產的用于替換的鋼板在安裝時能夠嚴絲合縫，所采集的測量數據必須高度精確。
△每塊鋼板上有超過250個鉚釘，每個鉚釘都需要準確捕獲
特殊工況下的唯一解決方案
在敲定鋼板的測量方案時，需要考慮到以下因素：首先，操作位置懸在半空中，在海面上空56米的高處；其次，大橋保持正常通行狀態，車輛川流不息；當然灣區的強烈日照和肆虐的狂風也是一個問題；最后還有生態層面的考量，在鯨魚交配季節，限制人類近水活動。
簡而言之，需要一位操作員系著安全繩，快速滑到大橋的外側部分，捕獲每塊鋼板的所有表面細節。
在這種特殊工況下的解決方案已經呼之欲出：Artec Leo。
Artec Leo是一款無線手持式三維掃描儀。這款設備具有機載數據處理能力，內置電池，搭載觸控屏，在使用時無需連接電源線和筆記本電腦，真正實現了無線式操作。
無線式的掃描設備，為懸在海面上空的操作人員省去了大量的麻煩。即開即用，無需貼點，適應了跨海大橋上的特殊工況。高達3500萬點/秒的數據捕獲速度，在極短時間內完成數據采集，盡可能減少對交通的干擾。VCSEL光源不懼強光，在戶外陽光照射下仍可正常工作。
“沒有其它解決方案可以替代，Artec Leo正是為此而設計的。”
△位于海面上空56米的高處，掃描工作必須快速安全地完成。Artec Leo的無線式操作，無標記點數據跟蹤起到了至關重要的作用
阿達米介紹道：“當得到主管部門的許可在橋上工作，我們只有一小段時間。我們需要在早上5:30-6:00之間到達，對掃描工作進行簡單規劃，然后穿戴安全繩和頭盔，開始掃描。上午9:30-10:30，我們開車回辦公室并導出數據。”
考慮到掃描時間緊，掃描工作量大，工況特殊以及天氣條件多變，整個項目前后耗費了數個月的時間。工程師共8次來到現場采集數據，最終完成了所有鋼板的掃描。工作的第一階段——采集數據宣告結束。
一天時間搞定數據后處理
采集到鋼板的完整三維數據后，工作進入了第二階段——數據后處理。
“我們將數據導入到Artec Studio軟件，刪去不需要的部分，對齊數據，運行全局配準，并通過尖銳融合生成網格數據，然后將文件以STL格式導出。”
隨后，工程師將STL文件導入Geomagic DesignX軟件進行下一步處理，并以PTS格式導出。接下來將文件導入Autodesk軟件，進行SBU繪圖。在某些情況下，后期處理可以在一天內完成。
最大的困難其實是：“在大風、寒冷和日照的環境中克服你的恐懼。”
△想象一下身下就是滔滔海浪
節約大量時間和成本
八個月后，大橋上的全部鋼板均已替換完成，安裝效果嚴絲合縫。據保守估計，采用Artec Leo三維掃描儀幫助項目方節省了75%-90%的測量時間。高精度的測量數據為隨后的鋼板制造提供了良好的參照，大大降低了返工率，從而降低了制造成本。
下一階段的計劃是：對替換上去的新鋼板進行三維掃描，數字化存檔，以供未來世代的橋梁檢修人員查看并參考。精確到0.1mm的測量數據將為無數代工程師、建筑師和檢查員所用。
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