基于三維激光掃描和云平臺的鋼結(jié)構(gòu)橋梁虛擬預(yù)拼和檢測方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種基于三維激光掃描和云平臺的鋼結(jié)構(gòu)橋梁虛擬預(yù)拼和檢測方法，包括檢測鋼結(jié)構(gòu)梁段的制造誤差和整橋虛擬預(yù)拼裝，其中：檢測鋼結(jié)構(gòu)梁段的制造誤差包括根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)建立鋼結(jié)構(gòu)梁段的理論模型、獲得鋼結(jié)構(gòu)梁段的實測模型以及將鋼結(jié)構(gòu)梁段的理論模型和實測模型進行比較來檢測制造誤差等步驟；橋梁虛擬預(yù)拼裝包括將鋼結(jié)構(gòu)梁段的實測模型進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、將所有鋼結(jié)構(gòu)梁段進行全橋整體虛擬預(yù)拼裝等步驟。應(yīng)用本發(fā)明專利技術(shù)的技術(shù)方案，效果是：既能高精度的檢測出每節(jié)段鋼結(jié)構(gòu)梁段的制造誤差，又能使得鋼結(jié)構(gòu)橋梁的預(yù)拼不再受限于場地和吊裝設(shè)備的制約，具有工期短、成本低、精度高、便于安全實施以及數(shù)據(jù)同步上傳云平臺、真實性有保障等特點。

Virtual pre assembly and inspection method of steel structure bridge based on three dimensional laser scanning and cloud platform

The invention provides a steel structure bridge virtual pre 3D laser scanning and cloud platform spell and detection method based on manufacturing errors including the detection of steel beam section and the whole bridge virtual pre assembled, including: manufacturing error detection of steel beam segments including theoretical model, design model based on the measured data of the steel structure beam the steel beam section and compared to manufacturing error detection steps of steel structure beam model and experimental model; virtual bridge includes pre assembled steel structure beam segment model measured by coordinate transformation, the full bridge overall virtual pre assembly steps of all steel structure beam. The application of technical scheme of the invention is not only to detect high precision manufacturing error of each segment of steel beam section, and can make the steel bridge pre fight is no longer limited to the restriction site and hoisting equipment, has short time, low cost, high accuracy and easy implementation of security and data synchronization upload the cloud platform, authenticity protection etc..

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于三維激光掃描和云平臺的鋼結(jié)構(gòu)橋梁虛擬預(yù)拼和檢測方法
本專利技術(shù)涉及橋梁
，具體涉及一種基于三維激光掃描和云平臺的鋼結(jié)構(gòu)橋梁虛擬預(yù)拼和檢測方法。
技術(shù)介紹
由于受到運輸或吊裝等條件的限制，鋼結(jié)構(gòu)橋梁一般只能采用分段、分體的方式進行制作或安裝，為了檢測其制作的整體性和準(zhǔn)確性以及保證現(xiàn)場安裝定位的順利實施，在構(gòu)件出廠前需要進行工廠內(nèi)預(yù)拼。鋼結(jié)構(gòu)橋梁的構(gòu)件形式比較復(fù)雜，且構(gòu)件之間具有空間關(guān)聯(lián)性，對構(gòu)件間接口的制作精度要求很高，由于累積誤差的影響，有時僅靠控制單體構(gòu)件精度無法滿足現(xiàn)場安裝要求，因此，對于復(fù)雜的構(gòu)件，通常要求在加工廠進行精確測量和預(yù)拼。傳統(tǒng)技術(shù)是采用全站儀、鋼尺和檢驗?zāi)０宓确绞竭M行構(gòu)件檢測，再進行整體預(yù)拼。此種方式的不足之處是：所需場地面積大，預(yù)拼過程繁瑣，測量時間長，檢測費用高，檢測精度低，更為重要的是隨著鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，出現(xiàn)了大型三維空間異形結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的預(yù)拼方法已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的需求。由于場地、吊裝設(shè)備、時間周期等方面的限制，有時不具備整體預(yù)拼的條件，虛擬預(yù)拼技術(shù)應(yīng)運而生。但已有的虛擬預(yù)拼技術(shù)仍采用常規(guī)的全站儀、卷尺等設(shè)備，幾何點坐標(biāo)采集難度非常大，一般僅采集數(shù)量很少的特征點坐標(biāo)。利用3D光學(xué)掃描測量系統(tǒng)對構(gòu)件進行三維光柵掃描的計算機仿真模擬預(yù)拼裝方法，需要給構(gòu)件外表面貼數(shù)碼點和標(biāo)記點，對于幾何尺寸很大的鋼結(jié)構(gòu)橋梁節(jié)段該過程操作繁瑣，實施過程中高空作業(yè)危險性較大，且三維光柵掃描的精度也難以保證。綜上所述，急需一種工期短、成本低、精度高、便于安全實施以及數(shù)據(jù)真實性有保障的鋼結(jié)構(gòu)檢測和預(yù)拼的方法以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)目的在于提供一種工期短、成本低、精度高、便于安全實施以及數(shù)據(jù)真實性有保障的鋼結(jié)構(gòu)檢測和預(yù)拼的方法，具體技術(shù)方案如下：一種基于三維激光掃描和云平臺的鋼結(jié)構(gòu)橋梁虛擬預(yù)拼和檢測方法，包括檢測鋼結(jié)構(gòu)梁段的制造誤差和橋梁虛擬預(yù)拼裝；檢測鋼結(jié)構(gòu)梁段的制造誤差，具體包括以下步驟：步驟a1、根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)建立鋼結(jié)構(gòu)梁段的理論模型；采用三維激光掃描儀采集鋼結(jié)構(gòu)梁段的點云數(shù)據(jù)，獲得鋼結(jié)構(gòu)梁段的實測模型；將鋼結(jié)構(gòu)梁段的理論模型和實測模型進行比較來檢測制造誤差；步驟a2、判斷制造誤差是否處于控制范圍內(nèi)，若制造誤差超過控制范圍，則調(diào)整相應(yīng)節(jié)段的鋼結(jié)構(gòu)梁段，返回步驟a1；若制造誤差位于控制范圍內(nèi)，則鋼結(jié)構(gòu)梁段滿足要求；所有鋼結(jié)構(gòu)梁段均符合要求后進入橋梁虛擬預(yù)拼裝；橋梁虛擬預(yù)拼裝，具體包括以下步驟：步驟b1、將鋼結(jié)構(gòu)梁段的實測模型進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，使得所有鋼結(jié)構(gòu)梁段的實測模型的坐標(biāo)統(tǒng)一到一個坐標(biāo)系中；將所有鋼結(jié)構(gòu)梁段進行全橋整體虛擬預(yù)拼裝，得到虛擬預(yù)拼后的橋梁；步驟b2、判斷虛擬預(yù)拼后的橋梁是否滿足要求，若虛擬預(yù)拼后的橋梁不滿足要求，則挑選出不符合要求的節(jié)段所對應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)梁段，對相應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)梁段進行微調(diào)，采用三維激光掃描儀采集鋼結(jié)構(gòu)梁段的點云數(shù)據(jù)，重新得到其實測模型，返回步驟b1；若虛擬預(yù)拼后的橋梁滿足要求，則完成橋梁的虛擬預(yù)拼裝。為了達到更好的技術(shù)效果，還包括合龍段的虛擬預(yù)拼裝和合龍過程，具體是：首先，采用三維激光掃描儀采集合龍段以及與合龍段兩端相連的鋼結(jié)構(gòu)梁段的點云數(shù)據(jù)，將合龍段與其相連的鋼結(jié)構(gòu)梁段進行虛擬預(yù)拼裝，確定合龍段的修裁切割余量；其次，對合龍段進行修整，吊裝修整后的合龍段進行橋梁合龍。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述點云數(shù)據(jù)的采集過程是：在鋼結(jié)構(gòu)梁段或合龍段的四周架設(shè)2-8站掃描儀進行掃描采集點云數(shù)據(jù)，鋼結(jié)構(gòu)梁段或合龍段布設(shè)4-5個球形靶標(biāo)以便于數(shù)據(jù)拼接。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述點云數(shù)據(jù)采集后被同步上傳到云平臺，并對點云數(shù)據(jù)進行處理，得到鋼結(jié)構(gòu)梁段和合龍段的實測模型。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，對點云數(shù)據(jù)進行處理的具體過程是：將原始點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入Geomagic軟件中，通過去噪、修復(fù)以及封裝處理后即得鋼結(jié)構(gòu)梁段或合龍段的實測模型。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述虛擬預(yù)拼裝具體操作是：提取相鄰兩節(jié)段鋼結(jié)構(gòu)梁段或者合龍段與其連接的鋼結(jié)構(gòu)梁段的拼接面的數(shù)據(jù)群，將數(shù)據(jù)群中的數(shù)據(jù)通過減去數(shù)據(jù)群的平均值而實現(xiàn)中心化；將中心化后的拼接面數(shù)據(jù)群在同一坐標(biāo)系下顯示，展示出兩拼接面的吻合度，查看兩拼接面的偏差是否在允許范圍內(nèi)；在相鄰拼接面上均勻選取8-10個點作為公共點，完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)兩節(jié)段鋼結(jié)構(gòu)梁段的兩兩相拼。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，將理論模型和實測模型進行比較的方法包括以下兩種：第一種、先在AutoCAD中根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)畫出待測鋼結(jié)構(gòu)梁段的三維模型，然后將待測鋼結(jié)構(gòu)梁段的點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入AutoCAD中與三維模型進行比較；第二種、在Geomagic軟件中對單節(jié)段的鋼結(jié)構(gòu)梁段的三維模型進行多次截面，獲取該鋼結(jié)構(gòu)梁段的三維尺寸，然后與設(shè)計數(shù)據(jù)進行對比。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述理論模型采用三維建模軟件AutoCAD進行建立。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述點云數(shù)據(jù)采用三維激光掃描儀在凌晨或沒有日照的情況下進行采集。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述步驟a1具體是：先建立橋梁中所有鋼結(jié)構(gòu)梁段的理論模型，再得到所有鋼結(jié)構(gòu)梁段的實測模型，最后再將相應(yīng)節(jié)段的鋼結(jié)構(gòu)梁段的理論模型和實測模型進行比較；或者是，先建立某一節(jié)段鋼結(jié)構(gòu)梁段的理論模型，再得到此節(jié)段鋼結(jié)構(gòu)梁段的實測模型，最后再將此節(jié)段的鋼結(jié)構(gòu)梁段的理論模型和實測模型進行比較；重復(fù)以上步驟完成所有鋼結(jié)構(gòu)梁段的檢測。應(yīng)用本專利技術(shù)的技術(shù)方案，具有以下有益效果：(1)本專利技術(shù)所公開的基于三維激光掃描和云平臺的鋼結(jié)構(gòu)橋梁虛擬預(yù)拼和檢測方法，包括檢測鋼結(jié)構(gòu)梁段的制造誤差以及橋梁虛擬預(yù)拼裝，詳情是：它通過三維激光掃描采集鋼結(jié)構(gòu)梁段的點云數(shù)據(jù)，通過數(shù)字?jǐn)M合等處理得到鋼結(jié)構(gòu)梁段的三維空間模型(即實測模型)，并將其和理論模型進行對比，高精度的檢測出每節(jié)段鋼結(jié)構(gòu)梁段的制造誤差；當(dāng)橋梁中所有鋼結(jié)構(gòu)梁段均已滿足節(jié)段要求后，進行節(jié)段的兩兩相拼，直到完成整橋的虛擬預(yù)拼，使得鋼結(jié)構(gòu)橋梁的預(yù)拼不再受限于場地和吊裝設(shè)備的制約。(2)本專利技術(shù)中還公開了合龍段的虛擬預(yù)拼裝和合龍過程，具體是：首先，采用三維激光掃描儀采集合龍段以及與合龍段兩端相連的鋼結(jié)構(gòu)梁段的點云數(shù)據(jù)，將合龍段與其相連的鋼結(jié)構(gòu)梁段進行虛擬預(yù)拼裝，確定合龍段的修裁切割余量；最后，對合龍段進行修整，吊裝修整后的合龍段進行橋梁合龍。工期短、成本低、精度高、便于安全實施，能保證合龍段一次吊裝成功。(3)本專利技術(shù)中所述點云數(shù)據(jù)的采集具體過程是：在鋼結(jié)構(gòu)梁段或合龍段的四周架設(shè)2-8站掃描儀進行掃描采集點云數(shù)據(jù)，其中：鋼結(jié)構(gòu)梁段或合龍段上布設(shè)4-5個球形靶標(biāo)便于點云數(shù)據(jù)拼接，以獲得鋼結(jié)構(gòu)梁段或合龍段的全部點云數(shù)據(jù)，用于后續(xù)建模；采集點云數(shù)據(jù)后將點云數(shù)據(jù)同步上傳到云平臺，避免數(shù)據(jù)處理過程中出現(xiàn)差錯，或者人為的修改，保證數(shù)據(jù)的絕對真實性，提高質(zhì)量；對點云數(shù)據(jù)進行處理的具體過程是：將原始點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入Geomagic軟件中，通過去噪、修復(fù)以及封裝處理后即得鋼結(jié)構(gòu)梁段或合龍段的實測模型，操作方便，且實測模型的精準(zhǔn)度和真實度高。(4)本專利技術(shù)中虛擬預(yù)拼裝具體操作是：提取相鄰兩節(jié)段鋼結(jié)構(gòu)梁段或者合龍段與其連接的鋼結(jié)構(gòu)梁段的拼接面的數(shù)據(jù)群，將數(shù)據(jù)群中的數(shù)據(jù)通過減去數(shù)據(jù)群的平均值而實現(xiàn)中心化；將中心化后的拼接面數(shù)據(jù)群在同一坐標(biāo)系下顯示，這樣可以直觀的展示出兩拼接面的吻合度，查看兩拼接本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于三維激光掃描和云平臺的鋼結(jié)構(gòu)橋梁虛擬預(yù)拼和檢測方法，其特征在于，包括檢測鋼結(jié)構(gòu)梁段的制造誤差和橋梁虛擬預(yù)拼裝；檢測鋼結(jié)構(gòu)梁段的制造誤差，具體包括以下步驟：步驟a1、根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)建立鋼結(jié)構(gòu)梁段的理論模型；采用三維激光掃描儀采集鋼結(jié)構(gòu)梁段的點云數(shù)據(jù)，獲得鋼結(jié)構(gòu)梁段的實測模型；將鋼結(jié)構(gòu)梁段的理論模型和實測模型進行比較來檢測制造誤差；步驟a2、判斷制造誤差是否處于控制范圍內(nèi)，若制造誤差超過控制范圍，則調(diào)整相應(yīng)節(jié)段的鋼結(jié)構(gòu)梁段，返回步驟a1；若制造誤差位于控制范圍內(nèi)，則鋼結(jié)構(gòu)梁段滿足要求；所有鋼結(jié)構(gòu)梁段均符合要求后進入橋梁虛擬預(yù)拼裝；橋梁虛擬預(yù)拼裝，具體包括以下步驟：步驟b1、將鋼結(jié)構(gòu)梁段的實測模型進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，使得所有鋼結(jié)構(gòu)梁段的實測模型的坐標(biāo)統(tǒng)一到一個坐標(biāo)系中；將所有鋼結(jié)構(gòu)梁段進行全橋整體虛擬預(yù)拼裝，得到虛擬預(yù)拼后的橋梁；步驟b2、判斷虛擬預(yù)拼后的橋梁是否滿足要求，若虛擬預(yù)拼后的橋梁不滿足要求，則挑選出不符合要求的節(jié)段所對應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)梁段，對相應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)梁段進行微調(diào)，采用三維激光掃描儀采集鋼結(jié)構(gòu)梁段的點云數(shù)據(jù)，重新得到其實測模型，返回步驟b1；若虛擬預(yù)拼后的橋梁滿足要求，則完成橋梁的虛擬預(yù)拼裝。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于三維激光掃描和云平臺的鋼結(jié)構(gòu)橋梁虛擬預(yù)拼和檢測方法，其特征在于，包括檢測鋼結(jié)構(gòu)梁段的制造誤差和橋梁虛擬預(yù)拼裝；檢測鋼結(jié)構(gòu)梁段的制造誤差，具體包括以下步驟：步驟a1、根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)建立鋼結(jié)構(gòu)梁段的理論模型；采用三維激光掃描儀采集鋼結(jié)構(gòu)梁段的點云數(shù)據(jù)，獲得鋼結(jié)構(gòu)梁段的實測模型；將鋼結(jié)構(gòu)梁段的理論模型和實測模型進行比較來檢測制造誤差；步驟a2、判斷制造誤差是否處于控制范圍內(nèi)，若制造誤差超過控制范圍，則調(diào)整相應(yīng)節(jié)段的鋼結(jié)構(gòu)梁段，返回步驟a1；若制造誤差位于控制范圍內(nèi)，則鋼結(jié)構(gòu)梁段滿足要求；所有鋼結(jié)構(gòu)梁段均符合要求后進入橋梁虛擬預(yù)拼裝；橋梁虛擬預(yù)拼裝，具體包括以下步驟：步驟b1、將鋼結(jié)構(gòu)梁段的實測模型進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，使得所有鋼結(jié)構(gòu)梁段的實測模型的坐標(biāo)統(tǒng)一到一個坐標(biāo)系中；將所有鋼結(jié)構(gòu)梁段進行全橋整體虛擬預(yù)拼裝，得到虛擬預(yù)拼后的橋梁；步驟b2、判斷虛擬預(yù)拼后的橋梁是否滿足要求，若虛擬預(yù)拼后的橋梁不滿足要求，則挑選出不符合要求的節(jié)段所對應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)梁段，對相應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)梁段進行微調(diào)，采用三維激光掃描儀采集鋼結(jié)構(gòu)梁段的點云數(shù)據(jù)，重新得到其實測模型，返回步驟b1；若虛擬預(yù)拼后的橋梁滿足要求，則完成橋梁的虛擬預(yù)拼裝。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維激光掃描和云平臺的鋼結(jié)構(gòu)橋梁虛擬預(yù)拼和檢測方法，其特征在于，還包括合龍段的虛擬預(yù)拼裝和合龍過程，具體是：首先，采用三維激光掃描儀采集合龍段以及與合龍段兩端相連的鋼結(jié)構(gòu)梁段的點云數(shù)據(jù)，將合龍段與其相連的鋼結(jié)構(gòu)梁段進行虛擬預(yù)拼裝，確定合龍段的修裁切割余量；其次，對合龍段進行修整，吊裝修整后的合龍段進行橋梁合龍。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于三維激光掃描和云平臺的鋼結(jié)構(gòu)橋梁虛擬預(yù)拼和檢測方法，其特征在于，所述點云數(shù)據(jù)的采集過程是：在鋼結(jié)構(gòu)梁段或合龍段的四周架設(shè)2-8站掃描儀進行掃描采集點云數(shù)據(jù)，鋼結(jié)構(gòu)梁段或合龍段布設(shè)4-5個球形靶標(biāo)便于數(shù)據(jù)拼接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于三維激光掃描和云平臺的鋼結(jié)構(gòu)橋梁虛擬預(yù)拼和檢測方法，其特征在于，所述點云數(shù)據(jù)采集后被同步上傳到云平臺，并對點云數(shù)據(jù)進行處理，得到鋼結(jié)構(gòu)梁段和合龍段的實測模型。5.根據(jù)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：梁曉東，項超群，吳勇生，謝鴻，曾雄鷹，易誕，劉妙群，
申請(專利權(quán))人：湖南聯(lián)智監(jiān)測科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：湖南,43