一种基于三维激光扫描结合BIM的既有桥梁监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三维激光扫描结合BIM的既有桥梁监测方法，包括以下步骤：S1，初始的桥梁数字化运维数据库的信息采集，包括：基于三维激光扫描的点云数据几何信息采集和基于桥梁管养的文本信息采集；S2,将S1步骤中得到的点云数据几何信息导入数据处理软件，根据点云数据的质量判断扫描是否完备；S3，利用点云处理算法结合Dynamo对S1步骤中每一次采集的点云数据几何信息进行分析、建立逆向模型，并且对不同时间上建立的逆向模型进行分析比较，分析桥梁发生的形变问题，从而实现在时间维度上常态化监测桥梁信息。通过本发明专利技术的公开，广泛应用于既有桥梁的逆向模型快速建立，有效提高既有桥梁管养、运维的实施效率。运维的实施效率。运维的实施效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维激光扫描结合BIM的既有桥梁监测方法


[0001]本专利技术涉及桥梁监测
，更具体涉及一种基于三维激光扫描结合BIM的既有桥梁监测方法。

技术介绍

[0002]在智慧城市的基础设施建设过程中，桥梁作为贯穿城市各个建筑物、构筑物的重要纽带，是城市经济发展与物流畅通的基础一环。在桥梁的全寿命周期中，桥梁的运维阶段占据了大部分时间，因此针对数字化背景下的桥梁智能化运维显得十分重要。如何分析桥梁数据的来源及实际应用场景，从数据获取开始到模型的逆向建模及最终既有桥梁监测运维数据库的建立，从而实现既有桥梁在运维阶段的可持续性管理。
[0003]BIM技术把建筑业的信息数字化，从“CAD+建筑业”，再到“BIM+建筑业”，直到现在的以“BIM+建筑业”为基础而进一步探索出新的应用；BIM就是建筑业的关键起点；它旨在将建筑行业里的信息变成统一的数据，然后放到人人看得懂的三维模型中，供人们管理；对BIM技术的解释可以概括为：由完全充足的信息构成的、用以支持生命周期管理的并可由计算机程序直接解释的工程信息模型；Dynamo是一款依托于Revit平台的可视化编程插件，完全开源，其介于软件交互操作与算法编程之间，技术人员需要懂一些开发的知识但又不完全同于RevitAPI的二次开发完全开发模式，极大地降低了BIM开发的门槛，但也可以利用Python进行个性化开发节点。开发者可以通过基于节点的可视化编程界面来自定义建模、计算和自动化流程；
[0004]三维激光扫描技术具有快速获取空间几何信息的能力，搭载的激光技术可同步获得强度及色彩等信息；地面式三维激光扫描可以通过固定架设仪器对物体进行定位扫描，非接触式的快速获得物体所在空间及其本身的坐标信息，因此为三维逆向建模提供了非常使用的空间几何信息，能够和BIM技术进行相当高度的融合应用；
[0005]传统桥梁的运维阶段的检测方法一般采用水准仪、经纬仪、全站仪等设备结合常规的测量手段，以规范为标准进行观测记录，从而判断桥梁现状；此方法同样存在一些问题，比如：第一，使用全站仪等常规测量仪器需要多人配合完成，同时以上仪器基本上是点对点的进行测量工作，测量精度没有较高保证的同时，对同一对象的多次测量会导致一定的误差；第二，使用全站仪等仪器不能大量获得空间几何信息，无法与BIM技术高度结合进行桥梁模型的逆向建立；同时在现有技术中，桥梁的逆向建模高度依赖设计图纸及人工参与度很高，需要大量人力辅助完成钢结构点云模型的分割、软件操作、以及最终的完整的桥梁逆向模型建立。并且在传统桥梁的运维监测，并不能保证定期获取数据的客观性，由于人工的参与，会导致测量数据存在很大的随机性，并不能保证完全客观；
[0006]显然的，对于实际运维需求中桥梁的逆向模型建立、既有桥梁监测运维数据库的建立、对比与更新，必须提出一种更加高效且精确的测量方法，自动化处理点云以及参数化逆向模型建立的方法，以及建立既有桥梁监测运维系统的完整框架，才能满足当下数字孪生背景既有桥梁的监测系统要求。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于公开一种基于三维激光扫描结合BIM的既有桥梁监测方法，通过对既有桥梁点云数据进行分析和处理以获得能够用于后期运维的自动化逆向模型建立，广泛应用于既有桥梁的逆向模型快速建立，有效提高既有桥梁管养、运维的实施效率，进一步提高桥梁运维过程中的相关标准的信息化管理，减少桥梁逆向建模工作量、运维监测工作量，同时降低建模人员、质量监测人员的工作风险及工作难度。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于三维激光扫描结合BIM的既有桥梁监测方法，包括以下步骤：
[0009]S1，初始的桥梁数字化运维数据库的信息采集，包括：基于三维激光扫描的点云数据几何信息采集和基于桥梁管养的文本信息采集；
[0010]S2,将所述S1步骤中得到的点云数据几何信息导入数据处理软件，根据点云数据的质量判断扫描是否完备，如完备，即获得既有桥梁对象的三维点云模型，如不完备，则对研究对象进行补充扫描；
[0011]S3，利用点云处理算法结合Dynamo对所述S1步骤中每一次采集的点云数据几何信息进行分析、建立逆向模型，并且对不同时间上建立的逆向模型进行分析比较，分析桥梁发生的形变问题，从而实现在时间维度上常态化监测桥梁信息。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述S3步骤包括以下子步骤：
[0013]S31，利用点云处理软件对既有桥梁对象的三维点云模型进行处理，以获得有效的三维点云模型，
[0014]S32，通过点云处理算法，针对桥梁的几何特征对三维点云模型进行分割、分组、识别以及参数提取，提取的参数包括钢管的半径、长度以及中心轴线，对提取的参数作进一步处理，通过开发算法对不同钢管的中心轴线相交来获取交点，进而获得不同钢管在空间中的交点坐标，通过该交点坐标进一步辅助Dynamo进行逆向模型建立；
[0015]S33，利用Dynamo将所述S1步骤中获取的桥梁管养的文本信息集成到所述S3步骤建立的逆向模型中，以获得初始的桥梁数字化运维数据库；通过重复所述S1步骤，从而定期获取既有桥梁的几何信息与文本信息；采用定期扫描、对比的方式对桥梁数字化运维数据库作定期更新；由更新的数据分析评估既有桥梁的健康状况，决策是否需要进行维护以及采用的维护手段。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述S31中的处理步骤包括：降采样，对边缘噪点检测并删除。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述S32步骤中的点云处理算法包括：
[0018]分割算法，基于分割与聚类相结合的方法将点云分成不相交的子集，用于对桥梁三维点云模型中的对象类别进行分割并分类；
[0019]识别算法，基于点云的几何结构进行识别，如平面识别、曲面识别和边界提取，用于对桥梁三维点云模型中的对象进行识别与参数提取。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，所述S2步骤中，判断点云数据扫描是否完备的方法为：基于既有桥梁对象的特点，通过数据处理软件观察目标桥梁是否全部扫齐。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，所述S3步骤中，对三维点云模型进行预处理，具体包括：人工交互降噪与点云局部自动去噪；
[0022]人工交互降噪，根据实际需求，对扫描获取的三维点云进行人工判别，手动选取无关区域点云来进行删除；
[0023]点云局部自动去噪，采用滤波算法自动进行点云的局部降噪。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，所述桥梁结构分为钢管拱支撑和桥面，所述钢管拱支撑分割为钢管与H型钢桁架。
[0025]作为本专利技术的进一步改进，通过结合语义将目标桥梁分为钢管对象、H型钢桁架、桥面对象后，分别利用算法对钢管对象进行分组然后分别识别，利用RANSAC随机抽样一致算法提取特征；而对于H型钢桁架和桥面是利用算法识别H型梁的总长度，然后结合截面参数完成总体参数的提取。
[0026]作为本专利技术的进一步改进，所述S33步骤中评估既有桥梁的健康状况，采用结合桥梁维护规范本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维激光扫描结合BIM的既有桥梁监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，初始的桥梁数字化运维数据库的信息采集，包括：基于三维激光扫描的点云数据几何信息采集和基于桥梁管养的文本信息采集；S2,将所述S1步骤中得到的点云数据几何信息导入数据处理软件，根据点云数据的质量判断扫描是否完备，如完备，即获得既有桥梁对象的三维点云模型，如不完备，则对研究对象进行补充扫描；S3，利用点云处理算法结合Dynamo对所述S1步骤中每一次采集的点云数据几何信息进行分析、建立逆向模型，并且对不同时间上建立的逆向模型进行分析比较，分析桥梁发生的形变问题，从而实现在时间维度上常态化监测桥梁信息。2.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描结合BIM的既有桥梁监测方法，其特征在于，所述S3步骤包括以下子步骤：S31，利用点云处理软件对既有桥梁对象的三维点云模型进行处理，以获得能够满足后期桥梁逆向模型建立要求的几何特征参数；S32，通过点云处理算法，针对桥梁的几何特征对三维点云模型进行分割、分组、识别以及参数提取，提取的参数包括钢管的半径、长度以及中心轴线，对提取的参数作进一步处理，处理方法主要是对不同钢管的中心轴线相交来获取交点，进而获得不同钢管在空间中的交点坐标，通过该交点坐标进一步辅助Dynamo进行逆向模型建立；S33，利用Dynamo将所述S1步骤中获取的桥梁管养的文本信息集成到所述S3步骤建立的逆向模型中，以获得初始的桥梁数字化运维数据库；通过重复所述S1步骤，从而定期获取既有桥梁的几何信息与文本信息；采用定期扫描、对比的方式对桥梁数字化运维数据库作定期更新；由更新的数据分析评估既有桥梁的健康状况，决策是否需要进行维护以及采用的维护手段。3.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描结合BIM的既有桥梁监测方法，其特征在于，所述S31中的处理步骤包括：降采样，对边...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩达光，郭彤，张雨，刘中祥，张国栋，胡开心，魏来，任国乾，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：