在海面上空56米三维扫描旧金山大桥，完整采集桥梁钢板数据
时间：2023-07-31 15:06 来源：南极熊 作者：admin 阅读：次
一桥飞架东西，天堑变通途
早在20世纪20年代，加州政府就产生了初步想法，希望建造一座跨海大桥，连接旧金山东部和西部海湾。大桥建设方案自提出以后，经历了无数次修改和推迟。直至20世纪50年代，在二战后人口增长和工业繁荣的背景下，旧金山湾区两岸的交通需求极其旺盛。提案最终确定，建造一座连接东岸的里士满和西岸的圣拉斐尔的跨海大桥。1953年3月，大桥开始破土动工。历时三年半的建设，至1956年9月，大桥正式建成通车。从此，一桥飞架东西，旧金山湾区天堑变通途。
据统计，自1956年正式通车以来，平均每天有超过7万辆汽车驶过大桥。海水蕴含的水汽和盐分、湾区炎热的气候、汽车排放的尾气和产生的震动……多种因素已经对大桥造成了严重的损耗和破坏。桥梁整修迫在眉睫。Danny's Construction公司承接了本次里士满-圣拉斐尔大桥的整修项目。该公司是一家专业从事钢结构以及大型结构建造和维护的成熟供应商。由于上世纪50年代大桥的施工图纸已经散佚，且为了达到理想的整修效果，Danny's Construction公司希望找到一种全新方式，获取到桥梁钢板的精确测量值。几经周折，他们终于找到了Artec 3D金牌认证经销商Indicate Technologies Inc。
“客户希望测量钢板，以及钢板上铆钉的准确位置。每块钢板上有超过250颗铆钉。”Indicate Technologies Inc的工程师马西奥·阿达米表示。为了确保新生产的用于替换的钢板在安装时能够严丝合缝，所采集的测量数据必须高度精确。
△每块钢板上有超过250个铆钉，每个铆钉都需要准确捕获
特殊工况下的唯一解决方案
在敲定钢板的测量方案时，需要考虑到以下因素：首先，操作位置悬在半空中，在海面上空56米的高处；其次，大桥保持正常通行状态，车辆川流不息；当然湾区的强烈日照和肆虐的狂风也是一个问题；最后还有生态层面的考量，在鲸鱼交配季节，限制人类近水活动。
简而言之，需要一位操作员系着安全绳，快速滑到大桥的外侧部分，捕获每块钢板的所有表面细节。
在这种特殊工况下的解决方案已经呼之欲出：Artec Leo。
Artec Leo是一款无线手持式三维扫描仪。这款设备具有机载数据处理能力，内置电池，搭载触控屏，在使用时无需连接电源线和笔记本电脑，真正实现了无线式操作。
无线式的扫描设备，为悬在海面上空的操作人员省去了大量的麻烦。即开即用，无需贴点，适应了跨海大桥上的特殊工况。高达3500万点/秒的数据捕获速度，在极短时间内完成数据采集，尽可能减少对交通的干扰。VCSEL光源不惧强光，在户外阳光照射下仍可正常工作。
“没有其它解决方案可以替代，Artec Leo正是为此而设计的。”
△位于海面上空56米的高处，扫描工作必须快速安全地完成。Artec Leo的无线式操作，无标记点数据跟踪起到了至关重要的作用
阿达米介绍道：“当得到主管部门的许可在桥上工作，我们只有一小段时间。我们需要在早上5:30-6:00之间到达，对扫描工作进行简单规划，然后穿戴安全绳和头盔，开始扫描。上午9:30-10:30，我们开车回办公室并导出数据。”
考虑到扫描时间紧，扫描工作量大，工况特殊以及天气条件多变，整个项目前后耗费了数个月的时间。工程师共8次来到现场采集数据，最终完成了所有钢板的扫描。工作的第一阶段——采集数据宣告结束。
一天时间搞定数据后处理
采集到钢板的完整三维数据后，工作进入了第二阶段——数据后处理。
“我们将数据导入到Artec Studio软件，删去不需要的部分，对齐数据，运行全局配准，并通过尖锐融合生成网格数据，然后将文件以STL格式导出。”
随后，工程师将STL文件导入Geomagic DesignX软件进行下一步处理，并以PTS格式导出。接下来将文件导入Autodesk软件，进行SBU绘图。在某些情况下，后期处理可以在一天内完成。
最大的困难其实是：“在大风、寒冷和日照的环境中克服你的恐惧。”
△想象一下身下就是滔滔海浪
节约大量时间和成本
八个月后，大桥上的全部钢板均已替换完成，安装效果严丝合缝。据保守估计，采用Artec Leo三维扫描仪帮助项目方节省了75%-90%的测量时间。高精度的测量数据为随后的钢板制造提供了良好的参照，大大降低了返工率，从而降低了制造成本。
下一阶段的计划是：对替换上去的新钢板进行三维扫描，数字化存档，以供未来世代的桥梁检修人员查看并参考。精确到0.1mm的测量数据将为无数代工程师、建筑师和检查员所用。
(责任编辑：admin)
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