一种桥梁几何形态提取用三维激光扫描装置及其方法与流程

本发明涉及桥梁测量，尤其涉及一种桥梁几何形态提取用三维激光扫描装置及其方法。

背景技术：

1、桥梁在长期的动、静荷载和自然老化作用下，结构的累计损伤会影响到桥梁的表观变形，因此可以认为桥梁几何形态变化及发展趋势是桥梁结构安全预警的关键指标与依据。

2、目前，使用接触测定的方法进行测量难度较大、成本较高；而传统的全站仪、水准仪等测定仪，误差源较多，应用于桥梁检测时精度难以控制。

3、检索中国发明专利cn112192741a公开了一种关于节段预制桥梁测量精度分析的数控方法，其通过对同一片预制节段梁三个不同测量阶段所测得梁顶板测点的数据，基于两两测点之间距离在三个不同测量阶段应该是相同的理论，对三个测量阶段的两两测点之间距离进行两两对比，以计算某测量阶段的两两测点之间与其他测量阶段的两两测点之间距离是否相差过大，即是否超过设定阈值，进而判断得出某个测量阶段的某个测点测量精度是否存在较大误差。通过提供对测量精度进行分析判断的数控方法，实现了对节段预制过程测量的精度控制，减少了人为判断测量数据精度错误的可能性，但其仍存在测量难度较大、成本较高，且存在精度低的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决背景技术中的问题，而提出的一种桥梁几何形态提取用三维激光扫描装置及其方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种桥梁几何形态提取用三维激光扫描装置，包括设置在三角架上的扫描仪主体和设置在框架上的标靶，所述三角架上固定嵌设有轴承，所述轴承内固定有通过电机驱动转动的转轴，所述转轴的上端固定有固定板，所述扫描仪主体的端部与固定板的上侧壁转动连接，所述扫描仪主体的上侧壁固定有水平仪一和连板，所述连板的端部固定有朝向水平仪一设置的摄像机和补光源，所述固定板上固定嵌设有伸缩杆，所述伸缩杆的驱动端与扫描仪主体的下侧壁相接触；

4、所述框架的上侧壁开设有开口，所述开口内固定有马达，所述马达的驱动端固定连接有绕线盘，所述绕线盘上缠绕有绳索，所述标靶固定在绳索的端部，所述标靶的外壁固定有水平仪二，所述标靶的下端固定嵌设有开关，所述开关通过导线和电源连接有固定在标靶外壁上的警报器。

5、优选地，所述三角架的上侧壁固定连接有支撑板，所述支撑板的端部固定有箱体，所述箱体内固定有润滑油罐，所述润滑油罐的下侧壁连接有排油管，所述排油管上滑动插设有移动杆，所述移动杆上开设有用于连通排油管的通口。所述移动杆的右端与箱体的内壁之间固定连接有伸缩弹簧，所述移动杆的左端固定连接有磁铁块一，所述转轴的外壁上固定连接有位于磁铁块一左侧的磁铁块二。

6、优选地，所述排油管的下端贯穿箱体内底壁设置并固定连接有与轴承上侧壁相接触的刮板。

7、一种基于三维激光的桥梁几何形态提取方法，包括以下步骤：

8、预先对检测桥梁段进行勘探，并设置测站，摆放标靶球，其相邻测站具有三组以上相同标靶；

9、基于测站完成对检测桥梁段的扫描，离线扫描测站数据信息；

10、基于三维激光扫描仪，导入扫描测站数据信息，获取三维数据信息；

11、进行对三维数据信息点云过滤，包括三维数据信息过滤和去噪处理；

12、进行对三维数据信息点云拼接，包括对测站内标靶球进行识别和进行标靶球拼接；

13、进行对三维数据信息点云着色，对标靶球拼接完成进行着色；

14、将处理后三维数据信息与测量数据对比分析，将不同时期扫描结果判断几何形态变化，分析其受力体系变化，从而达到桥梁安全预警的作用。

15、优选地，相邻所述测站测距小于50m。

16、优选地，所述对三维数据信息点云过滤，包括混淆像元过滤器、强度过滤器、无效点过滤器、距离过滤、单像元过滤和抽稀过滤。

17、优选地，所述点云拼接，包括进行各测站间采用标靶球拼接，包括以下步骤：

18、预先分别打开每一测站，确定测站内的标靶球，选择标靶球进行识别；

19、将不同位置的标靶球作唯一编号，并保证多测站中同一个标靶球编号相同；

20、所有测站的标靶球标识完成后，进行标靶球拼接，其中进入拼接界面后选择所有站点，选择所有标靶球及整平，进入拼接算法界面利用处理软件最小二乘算法将点云拼接到一起。

21、优选地，待拼接完成后，获取当前每一个标靶球的拼接误差，并进行校准完善。

22、与现有的技术相比，本一种桥梁几何形态提取用三维激光扫描装置及其方法的优点在于：

23、本发明基于三维激光的桥梁几何形态提取方法，通过对检测桥梁段进行勘探，并设置测站，摆放标靶球，基于测站完成对检测桥梁段的扫描，离线扫描测站数据信息；基于三维激光扫描仪，获取三维数据信息，进行对三维数据信息点云过滤，点云拼接，点云着色，将处理后三维数据信息与测量数据对比分析，将不同时期扫描结果判断几何形态变化，分析其受力体系变化，从而达到桥梁安全预警的作用，不需要事前埋设监测设备，不需要接触测量物体，能够全自动快速清晰地获取被扫描物体整体或局部连续的密集点数据，从而不断逼近目标的原型，最后实现三维重建，实现了无需对被测物体进行表面处理，无需使用棱镜、反射片等合作目标的非接触测量，可以适应环境条件苛刻的工作区域，在人员远程操控下进行独立工作，摆脱时间条件和空间条件的约束，从而进行长时间高效率的工作。

技术特征：

1.一种桥梁几何形态提取用三维激光扫描装置，包括设置在三角架（1）上的扫描仪主体（5）和设置在框架（18）上的标靶（21），其特征在于，所述三角架（1）上固定嵌设有轴承（2），所述轴承（2）内固定有通过电机驱动转动的转轴（3），所述转轴（3）的上端固定有固定板（4），所述扫描仪主体（5）的端部与固定板（4）的上侧壁转动连接，所述扫描仪主体（5）的上侧壁固定有水平仪一（7）和连板，所述连板的端部固定有朝向水平仪一（7）设置的摄像机（9）和补光源（8），所述固定板（4）上固定嵌设有伸缩杆（6），所述伸缩杆（6）的驱动端与扫描仪主体（5）的下侧壁相接触；

2.根据权利要求1所述的一种桥梁几何形态提取用三维激光扫描装置，其特征在于，所述三角架（1）的上侧壁固定连接有支撑板，所述支撑板的端部固定有箱体（10），所述箱体（10）内固定有润滑油罐（11），所述润滑油罐（11）的下侧壁连接有排油管（12），所述排油管（12）上滑动插设有移动杆（13），所述移动杆（13）上开设有用于连通排油管（12）的通口，所述移动杆（13）的右端与箱体（10）的内壁之间固定连接有伸缩弹簧（16），所述移动杆（13）的左端固定连接有磁铁块一（14），所述转轴（3）的外壁上固定连接有位于磁铁块一（14）左侧的磁铁块二（15）。

3.根据权利要求2所述的一种桥梁几何形态提取用三维激光扫描装置，其特征在于，所述排油管（12）的下端贯穿箱体（10）内底壁设置并固定连接有与轴承（2）上侧壁相接触的刮板（17）。

4.一种基于三维激光的桥梁几何形态提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的基于三维激光的桥梁几何形态提取方法，其特征在于，相邻所述测站测距小于50m。

6.根据权利要求1所述的基于三维激光的桥梁几何形态提取方法，其特征在于，所述对三维数据信息点云过滤，包括混淆像元过滤器、强度过滤器、无效点过滤器、距离过滤、单像元过滤和抽稀过滤。

7.根据权利要求6所述的基于三维激光的桥梁几何形态提取方法，其特征在于，所述点云拼接，包括进行各测站间采用标靶球拼接，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的基于三维激光的桥梁几何形态提取方法，其特征在于，还包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种桥梁几何形态提取用三维激光扫描装置，包括设置在三角架上的扫描仪主体和设置在框架上的标靶，所述三角架上固定嵌设有轴承，所述轴承内固定有通过电机驱动转动的转轴；一种基于三维激光的桥梁几何形态提取方法，包括以下步骤：预先对检测桥梁段进行勘探，并设置测站，摆放标靶球，其相邻测站具有三组以上相同标靶；基于测站完成对检测桥梁段的扫描，离线扫描测站数据信息。本发明实现了无需对被测物体进行表面处理，无需使用棱镜、反射片等合作目标的非接触测量，可以适应环境条件苛刻的工作区域，在人员远程操控下进行独立工作，摆脱时间条件和空间条件的约束，从而进行长时间高效率的工作。

技术研发人员：陆培,高阳
受保护的技术使用者：中建八局第四建设有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12