基于SLAM技术的普定大坝三维重建研究

来源:用户上传      作者:卢斌 王家志 王贤发 贺秋伟

　　摘要：在大坝内部廊道的测绘任务中，激光扫描技术无法使用 INS 和 GPS 获取数据采集设备的位姿数据，导航系统的 SLAM工程是用于解决这一问题的核心技术，它可以充分利用激光扫描仪的场景数据，实现硬件平台的定位和外部环境的构建。该文综合应用多技术融合的室内定位导航技术、非闭环检测的误差校正技术和激光点云和全景影像融合等新技术，改变了传统测量方式，大大提高了大坝内外部空间实景三维数据的生产效率和数据精度。
　　关键词：SLAM 大坝三维融合
　　中图分类号：TU198文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2022）01（b）-0000-00
　　Research on 3D Reconstruction of Puding Dam Based on SLAM Technology
　　LU Bin1 WANG Jiazhi1 WANG Xianfa1 HE Qiuwei2
　　（1. Puding Power Generation Company，Guizhou Qianyuan Electric Power Co.， Ltd.， Anshun， Guizhou Province， 562100 China; 2. Guizhou Jingwei Botong Technology Co.， Ltd.， Guiyang， Guizhou Province， 550081 China）
　　Abstract： In the surveying and mapping of dam internal corridor， the laser scanning technology can not use INS and GPS to obtain the pose data of data acquisition equipment. The SLAM project of the navigation system is the core technology to solve this problem. It can make full use of the scene data of the laser scanner to realize the positioning of the hardware platform and the construction of the external environment. This paper comprehensively applies new technologies such as indoor positioning and navigation technology of multi technology fusion， error correction technology of non closed-loop detection and fusion of laser point cloud and panoramic image， which changes the traditional measurement method and greatly improves the production efficiency and data accuracy of real 3D data in internal and external space of the dam.
　　Key Words： SLAM; Dam; 3D; Fusion
　　S着智慧城市、文物保护、灾害应急响应、室内导航、虚拟现实等对室内精细化3D模型的需求越来越多，如何快速有效地获取室内3D精细化模型成为了研究热点。近年来，针对室内3D重建，出现了以3D激光扫描技术和近景摄影测量技术为主的测量手段[1]。相比较而言，3D激光扫描技术效率更高。然而，由于传统静态3D激光扫描技术不能实时快速地进行整体3D重建，所需工作量仍然较大。随着同步定位与地图构建（simulta-neous localization and mapping， SLAM）技术日趋成熟，室内3D实时快速重建成为可能。
　　1基于SLAM算法的移动测量
　　SLAM的基本工作原理是：当环境和自身位置无法确定时，机器人在运动过程中逐渐构建增量地图，实时估计自身位置和姿态，最终实现自身自主定位和导航[2]。近年来，国内外众多科研单位和企业将研发力量投入到SLAM技术在3D测绘领域的应用上。通过对核心算法的优化，打造了一款移动测量激光扫描机。可用于室外甚至室内的地下等非GPS环境下获取点云，进行三维建模[3]。这种基于SLAM的3D空间数据采集技术，兼具激光扫描和移动测量技术的优势，成为一种新兴的3D移动测量技术，在3D建模领域取得了重大进展[4]。
　　2任务概述
　　该次测量的对象为普定水电站，对大坝廊道内部和外部进行三维测量，该水电站站位于乌江上游南源三岔河中游灰岩峡谷河段中普定县梭筛村，距下游引子渡电站51km，距贵阳市125km，为河岸式电站。
　　水库正常蓄水位1145.00m，总库容4.209亿m3，为不完全年调节水库。电站装机容量75MW，设计年发电量3.16亿kw・h。电站于1989年12月2日开工，1995年5月30日竣工，投入运行至今已23年。
　　电站枢纽由碾压混凝土拱坝、坝顶开敞式溢洪道、右岸发电引水隧洞及厂房组成。最大坝高75m，坝体厚高比0.376。设4孔表孔溢洪道，孔口尺寸12.5×11.0m。右岸发电引水隧洞洞径8m，长280m。厂房位于坝后右岸，内装3台立式水轮发电机组。
　　该工程属二等大（二）型工程，其永久建筑物按2级建筑物设计，次要建筑物按3级建筑物设计。大坝防洪设计标准为100年一遇，设计洪水位1145.62m，设计洪峰流量5100m3/s;防洪校核洪水位1147.62m，校核洪峰流量6610m3/s。
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