【技术实现步骤摘要】
一种特征约束的铁路工程孪生体几何形变诊断方法及系统，用于铁路工程孪生体几何形变诊断，属于结构工程技术、孪生体技术和智能诊断与监测等多个的交叉应用。
技术介绍
1、铁路建设时间跨度大，结构性能演变复杂，环境影响因素活跃，因此针对施工过程的监测与预警必不可少，其中，桥隧作为尤为重要的铁路构造物更需加强管控。相比于其他建筑结构，桥梁的结构受力较为复杂，在建设过程中的局部细小偏差、滑移可能会导致结构整体受力的调整，大大影响结构整体的承载能力水平；隧道施工常受复杂地质条件的作用，极易发生结构变形，影响其稳定性。因此，对桥隧进行施工状态的监测和诊断，保障工程在理想设计状态下顺利完成，对铁路工程的建设有着至关重要的作用。
2、目前，常用的工程变形监测方法主要包括传统监测方法、3s变形监测方法和三维激光扫描检测法等方法，这些方法可以实现结构位移、变形的计算，但是存在监测效率低、处理时序长、协同分析能力差等问题，难以满足铁路工程建造场景的动态监控需求。因此，如何自动化地实现铁路工程建造过程施工状态的智能诊断，是一个重要问题。
3、数字孪生是实现虚实空间交互的先进技术，旨在跨越产品或系统的生命周期，以模拟、收集信息并创建反馈回路，形成对物理实体有效地监控、模拟、预测、诊断与决策，为建造过程的智能管控提供精确的引导。通过数字孪生的手段监测铁路施工过程中的形变情况，能够及时获得反馈，有效提高管理标准和全生命周期应用管理，为铁路建设的安全高效开展保驾护航。然而，现今主要的数字孪生软件和平台缺乏孪生体形变诊断的自动化处理框架，因此亟
4、现有技术在进行铁路工程孪生体的形变诊断时，存在以下技术难点：
5、1.由于铁路工程构筑物结构、几何特征差异较大，采用现有技术存在监测效率低、处理时序长、协同分析能力差等问题，无法自动化地实现铁路工程建造过程施工状态的智能诊断，即难以满足铁路工程建造场景的动态监控需求；
6、2.针对铁路工程孪生体的几何特征提取，需要抽象出能较好概括构筑物结构的几何形状，但在处理过程中受孪生体基础形态影响较大，无法提取的几何特征缺乏普适性，从而无法精确的对铁路工程孪生体进行形变诊断。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种特征约束的铁路工程孪生体几何形变诊断方法及系统，解决现有技术在进行铁路工程孪生体的形变诊断时，存在监测效率低、处理时序长、协同分析能力差等问题，无法自动化地实现铁路工程建造过程施工状态的智能诊断，即难以满足铁路工程建造场景的动态监控需求。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种特征约束的铁路工程孪生体几何形变诊断方法，包括如下步骤：
4、步骤1、构建铁路工程孪生体的几何形变特征库；
5、步骤2、基于几何形变特征库和特征提取方法对铁路工程孪生体进行几何特征提取，其中，几何特征包括点特征、线特征和面特征；
6、步骤3、基于提取的几何特征的铁路工程孪生体的当期模型，分别与设计模型和往期模型进行变形诊断对比。
7、进一步，所述步骤1的具体步骤为：
8、步骤1.1、基于各铁路工程孪生体的结构与施工工序对其进行结构分解，再对分解的的各结构进行构件分割；
9、步骤1.2、基于分割后得到的构件，确定各构件的形变监测项目，其中，形变监测项目包括整体层次、构件层次和局部层次，整体层次包括位移计算和倾角计算，构件层次包括挠角计算和平整度计算，局部层次包括线形局部形变计算和构件局部位移计算；
10、步骤1.3、基于各构件的形变监测项目确定几何类型，其中，几何类型，即为几何特征，是铁路工程不同构件拟合成的几何形态，包括点特征、线特征和面特征，位移计算为点特征，挠角计算、平整度计算和线形局部形变为线特征，平整度计算和构件局部位移为面特征；
11、步骤1.4、基于确定了形变监测项目和几何类型的构件构建各铁路工程的几何形变特征库。
12、进一步，所述步骤2的具体步骤为：
13、步骤2.1、基于先验知识和几何形变特征库，利用点云处理软件对获取的铁路工程孪生体进行点云分解，得到该铁路工程孪生体的多个构件的点云数据，并基于各构件的形变监测项目和几何特征进行点特征提取、线特征提取或/和面特征提取，若进行点特征提取执行步骤2.2，若进行线特征提取执行步骤2.3，若进行面特征提取执行步骤2.4；
14、步骤2.2、基于曲率约束的harris3d角点提取算法对构件的点云数据进行点特征提取：
15、步骤2.3、基于微段求解的线形特征提取方法对构件的点云数据进行线特征提取；
16、步骤2.4、基于虚拟网格划分的面形特征提取方法对构件的点云数据进行面特征提取。
17、进一步，所述步骤2.2的具体步骤为：
18、步骤2.21、基于搜索规律获取构件的点云数据中的角点响应值r，其中，搜索规律为给定一个立方体，立方体在三维空间中移动的同时，包含的点云数量会发生变化：若沿法线方向移动，则包含的点云数量应当不变；若立方体位于边缘，沿边缘移动则其包含的点云数量不变，垂直于边缘移动，则点云数量发生改变；若立方体位于角点，则移动时总包含的点云数量总会发生改变；则角点响应值r的公式为：
19、r＝det(m)-k(trace(m))2 (1)
20、
21、det(m)＝abc+2def (3)
22、trace(m)＝a+b+c-ad2-be2-cf2 (4)
23、其中，k表示常量，用于调整函数的形状，m代表每个点领域内的协方差矩阵，det(m)表示m的行列式，trace(m)是m的迹，即矩阵对角线上各个元素的和，ω(x，y，z)是窗口函数，即权重算子，表示窗口不同的贡献度，整个表达式代表对邻域w中的每个点(x，y，z)，根据权重函数ω(x，y，z)计算其与邻域内其他点之间的乘积项并进行累加和，乘积项的形式为3x3的矩阵，nx、ny、nz分别表示协方差矩阵m中x、y和z轴方向上的元素梯度分量，通过对点云数据进行局部邻域分析，计算对应方向上的曲率信息得到，a、b、c、d、e和f分别表示对应位置矩阵元素乘积的单项值，b、c、d、e和f以此类推；
24、步骤2.22、基于角点响应值r对构件的角点进行筛选，过滤掉角点响应值小于给定角点响应阈值的点，即r＝{r：det(m)-k(trace(m))2＞t}，其中，t表示角点响应阈值；
25、步骤2.23、将过滤后得到的点云以边长为d的空间栅格进行划分，划分后建立空间索引，对于任意一点云p(xp，yp，zp)，所在空间栅格的索引号的计算公式为：
26、i＝u·v·w′+u.v′+u′ 本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种特征约束的铁路工程孪生体几何形变诊断方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种特征约束的铁路工程孪生体几何形变诊断方法，其特征在于：所述步骤1的具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的一种特征约束的铁路工程孪生体几何形变诊断方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤为：
4.根据权利要求3所述的一种特征约束的铁路工程孪生体几何形变诊断方法，其特征在于：所述步骤2.2的具体步骤为：
5.根据权利要求4所述的一种特征约束的铁路工程孪生体几何形变诊断方法，其特征在于：所述步骤2.3的具体步骤为：
6.根据权利要求5所述的一种特征约束的铁路工程孪生体几何形变诊断方法，其特征在于：所述步骤2.4的具体步骤为：
7.根据权利要求6所述的一种特征约束的铁路工程孪生体几何形变诊断方法，其特征在于：所述步骤3的具体步骤为：
8.一种特征约束的铁路工程孪生体几何形变诊断系统，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的一种特征约束的铁路工程孪生体几何形变诊断系统，其特征在于：所述构建
10.根据权利要求9所述的一种特征约束的铁路工程孪生体几何形变诊断方法，其特征在于：所述提取模块的具体实现步骤为：
...【技术特征摘要】
1.一种特征约束的铁路工程孪生体几何形变诊断方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种特征约束的铁路工程孪生体几何形变诊断方法，其特征在于：所述步骤1的具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的一种特征约束的铁路工程孪生体几何形变诊断方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤为：
4.根据权利要求3所述的一种特征约束的铁路工程孪生体几何形变诊断方法，其特征在于：所述步骤2.2的具体步骤为：
5.根据权利要求4所述的一种特征约束的铁路工程孪生体几何形变诊断方法，其特征在于：所述步骤2.3的具体步骤为：
...【专利技术属性】
技术研发人员：朱军，刘忠东，胡亚，靳辰琨，高强，赖建波，罗妮亚，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。