【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥梁施工监控的，尤其涉及一种非对称安装多拱桥梁线形非接触测量与识别方法。
技术介绍
1、现场拼装桥梁在采用非对称安装方法时，先安装的结构会形成超静定体系，后安装结构的重力作用会对其产生附加效应，导致施工过程中结构受力和变形实时发生变化。为了在施工过程中对桥梁结构的受力与稳定性进行更精准的把控，需要实时监测结构变形，然后与理论计算结果比较，并进行误差分析和适当调整，使得各项指标处于期望状态。
2、非对称安装桥梁施工过程中涉及多次体系转换，施工步骤较多，需要多次测量结构的变形。目前，现场拼装桥梁主要采用水准仪和全站仪测量结构变形，在测量工作量大的情况下效率较低。另外，由于空间上各构件之间互相遮挡，可能导致单个施工阶段的测量工作无法一次性完成，从而需要多次探究最佳测量角度并引水准点，将会大大降低工作效率并给测量结果带来更多的误差。
3、公开号为cn112857218a的专利技术专利公开了一种基于三维激光扫描的钢桁架拱桥施工线形监测方法，包括依次进行的以下步骤：步骤1、利用施工坐标系中控制点布置桥侧三维激光扫描仪；步骤2、确定桥面临时控制点；步骤3、利用临时控制点布置桥面三维激光扫描仪；步骤4、运用后方交会使临时控制点沿桥纵向延伸；步骤5、开展多站快速扫描；步骤6、扫描结果数据经过运算后在点云处理软件中合成钢桁架拱桥点云图；步骤7、从云图中提取关键坐标信息以实现线形实时监测。在不同施工工况下依次采用步骤1～7，监测多个工况下钢桁架拱桥施工线形变化。此专利技术应用可实现钢桁架拱桥施工线形快速、同步且准
技术实现思路
1、针对现有多拱桥梁线形的测量工作效率较低，测量准确度不高的技术问题，本专利技术提出一种非对称安装多拱桥梁线形非接触测量与识别方法，解决了人工测量结构变形时存在的测量难度大、测量效率低、测量误差较大的问题，同时解决了目前的非接触测量对复杂场景适应性不足，表现为桥梁各构件互相遮挡的情况下缺乏测量手段问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一种非对称安装多拱桥梁线形非接触测量与识别方法，包括以下步骤：
4、s1：建立桥梁模型，在桥梁模型中确定可变测量点和不动测量点的位置，并根据桥梁模型在施工现场设置不动测量点并在不动测量点安装扫描设备；
5、s2：在要进行测量的一组安装构件的线形测量位置设置测量标记点，根据步骤s1在要进行测量的安装构件相邻的每组安装构件上设置可变测量点并在可变测量点安装扫描设备；
6、s3：利用在不动测量点安装的扫描设备获取测量标记点或者要进行测量的安装构件相邻安装构件上的可变测量点在不动测量点空间坐标系下的坐标；
7、s4：利用在可变测量点安装的扫描设备获取测量标记点在可变测量点空间坐标系下的坐标；
8、s5：对可变测量点空间坐标系下测量标记点的坐标进行非线性转换，获取经非线性转换后测量标记点在不动测量点空间坐标系下的坐标；
9、s6：重复步骤s3～s5，得到多个时刻下的步骤s3和步骤s5获取的坐标或者步骤s5获取的坐标，利用卡尔曼滤波法对获取的坐标迭代得到当前工况下测量标记点坐标的最优估计值，记作测量标记点在不动测量点空间坐标系下的坐标值；
10、s7：安装构件未测量完成时，进行步骤s2到步骤s6，直至测量最后一组安装构件时进行步骤s2到步骤s5；
11、s8：安装构件全部测量结束时，得到全部测量标记点在不动测量点坐标系下的全部坐标，获取桥梁线形。
12、进一步，步骤s1所述在桥梁模型中确定可变测量点的位置的方法是：根据桥梁结构和施工工况，建立桥梁完整bim模型并导入桥址位置地形图，在bim模型中的每组安装构件上寻找多个测量标记点和多个可变测量点，在可变测量点位置添加局部三维视角，使得在同一组安装构件上的多个可变测量点的视角下能够观测到相邻每组安装构件上的所有测量标记点。
13、进一步，步骤s1所述在桥梁模型中确定不动测量点的位置的方法是：在bim模型中找到所有可变测量点局部三维视角的公共区域，结合仪器设备工作高度和桥址位置地形图，在公共区域筛选出不动测量点的位置。
14、进一步，步骤s2所述测量标记点为环形编码点或激光反射点。
15、进一步，步骤s3所述获取测量标记点或者要进行测量的安装构件相邻安装构件上的可变测量点在不动测量点空间坐标系下的坐标的方法是：在不动测量点利用扫描设备识别要进行测量的一组安装构件上的测量标记点或者要进行测量的安装构件相邻安装构件上的可变测量点，生成测量标记点点云模型，并记录测量标记点在不动测量点空间坐标系下坐标。
16、进一步，步骤s4所述获取测量标记点在可变测量点空间坐标系下的坐标的方法是：在可变测量点利用扫描设备识别要进行测量的一组安装构件上的测量标记点，生成测量标记点点云模型，并记录测量标记点在每组可变测量点空间坐标系下坐标。
17、进一步，步骤s5所述对可变测量点空间坐标系下测量标记点的坐标进行非线性转换的方法是：在可变测量点空间坐标系与不动测量点空间坐标系之间建立向量，计算出坐标系的平移参数，利用平移参数对可变测量点空间坐标系进行平移，使得可变测量点空间坐标系与不动测量点空间坐标系原点重合，根据可变测量点坐标，设置坐标系转换偏差阈值，利用最小二乘法确定坐标轴绕z轴旋转角度θ、绕x旋转角度绕y旋转角度ψ，再将可变测量点空间坐标系绕自身z轴旋转角度θ、绕自身x轴旋转角度绕自身y轴旋转角度ψ。
18、进一步，所述对可变测量点空间坐标系下测量标记点的坐标进行非线性转换的方法中坐标间的相互关系矩阵表示如下：
19、
20、
21、式中，(xit,yit,zit)为可变测量点处的扫描设备在识别测量标记点时建立的可变测量点空间坐标系中测量标记点的坐标；(xit-s,yit-s,zit-s)为经过坐标系转换后的在不动测量点空间坐标系中测量标记点的坐标；k为两坐标系的尺度差；θ、ψ为坐标系转换过程中的坐标轴旋转角度；为坐标系的平移参数；i为可变测量点的编号。
22、进一步，对可变测量点空间坐标系下测量标记点的坐标进行非线性转换的过程中：坐标系转换满足：
23、
24、其中，δi为坐标系转换偏差阈值，(xis,yis,zis)为不动测量点处的扫描设备在识别可变测量点时建立的不动测量点空间坐标系中可变测量点的坐标，n表示每组构建测量标记点数量。
25、进一步，步骤s6所述卡尔曼滤波的方法是：
26、将步骤s3或步骤s5获取的测量标记点在不动测量点空间坐标系下的坐标记作ⅰ组坐标测量数据，将步骤s5获取的测量标记点在不动测量点空间坐标系下的坐标记作ⅱ组坐标测量数据，在ⅰ组坐标测量数据的基础上，根据ⅱ组坐标测量数据更新对测量标记点坐标的估计值，迭代计算，最终得到当前本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种非对称安装多拱桥梁线形非接触测量与识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的非对称安装多拱桥梁线形非接触测量与识别方法，其特征在于，步骤S1所述在桥梁模型中确定可变测量点的位置的方法是：根据桥梁结构和施工工况，建立桥梁完整BIM模型并导入桥址位置地形图，在BIM模型中的每组安装构件上寻找多个测量标记点和多个可变测量点，在可变测量点位置添加局部三维视角，使得在同一组安装构件上的多个可变测量点的视角下能够观测到相邻每组安装构件上的所有测量标记点。
3.根据权利要求2所述的非对称安装多拱桥梁线形非接触测量与识别方法，其特征在于，步骤S1所述在桥梁模型中确定不动测量点的位置的方法是：在BIM模型中找到所有可变测量点局部三维视角的公共区域，结合仪器设备工作高度和桥址位置地形图，在公共区域筛选出不动测量点的位置。
4.根据权利要求3所述的非对称安装多拱桥梁线形非接触测量与识别方法，其特征在于，步骤S2所述测量标记点为环形编码点或激光反射点。
5.根据权利要求4所述的非对称安装多拱桥梁线形非接触测量与识别方法，其特征在
6.根据权利要求5所述的非对称安装多拱桥梁线形非接触测量与识别方法，其特征在于，步骤S4所述获取测量标记点在可变测量点空间坐标系下的坐标的方法是：在可变测量点利用扫描设备识别要进行测量的一组安装构件上的测量标记点，生成测量标记点点云模型，并记录测量标记点在每组可变测量点空间坐标系下坐标。
7.根据权利要求3到6任一项所述的非对称安装多拱桥梁线形非接触测量与识别方法，其特征在于，步骤S5所述对可变测量点空间坐标系下测量标记点的坐标进行非线性转换的方法是：在可变测量点空间坐标系与不动测量点空间坐标系之间建立向量，计算出坐标系的平移参数，利用平移参数对可变测量点空间坐标系进行平移，使得可变测量点空间坐标系与不动测量点空间坐标系原点重合，根据可变测量点坐标，设置坐标系转换偏差阈值，利用最小二乘法确定坐标轴绕Z轴旋转角度θ、绕X旋转角度绕Y旋转角度ψ，再将可变测量点空间坐标系绕自身Z轴旋转角度θ、绕自身X轴旋转角度绕自身Y轴旋转角度ψ。
8.根据权利要求7所述的非对称安装多拱桥梁线形非接触测量与识别方法，其特征在于，所述对可变测量点空间坐标系下测量标记点的坐标进行非线性转换的方法中坐标间的相互关系矩阵表示如下：
9.根据权利要求7所述的非对称安装多拱桥梁线形非接触测量与识别方法，其特征在于，对可变测量点空间坐标系下测量标记点的坐标进行非线性转换的过程中：坐标系转换满足：
10.根据权利要求9所述的非对称安装多拱桥梁线形非接触测量与识别方法，其特征在于，步骤S6所述卡尔曼滤波的方法是：
...【技术特征摘要】
1.一种非对称安装多拱桥梁线形非接触测量与识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的非对称安装多拱桥梁线形非接触测量与识别方法，其特征在于，步骤s1所述在桥梁模型中确定可变测量点的位置的方法是：根据桥梁结构和施工工况，建立桥梁完整bim模型并导入桥址位置地形图，在bim模型中的每组安装构件上寻找多个测量标记点和多个可变测量点，在可变测量点位置添加局部三维视角，使得在同一组安装构件上的多个可变测量点的视角下能够观测到相邻每组安装构件上的所有测量标记点。
3.根据权利要求2所述的非对称安装多拱桥梁线形非接触测量与识别方法，其特征在于，步骤s1所述在桥梁模型中确定不动测量点的位置的方法是：在bim模型中找到所有可变测量点局部三维视角的公共区域，结合仪器设备工作高度和桥址位置地形图，在公共区域筛选出不动测量点的位置。
4.根据权利要求3所述的非对称安装多拱桥梁线形非接触测量与识别方法，其特征在于，步骤s2所述测量标记点为环形编码点或激光反射点。
5.根据权利要求4所述的非对称安装多拱桥梁线形非接触测量与识别方法，其特征在于，步骤s3所述获取测量标记点或者要进行测量的安装构件相邻安装构件上的可变测量点在不动测量点空间坐标系下的坐标的方法是：在不动测量点利用扫描设备识别要进行测量的一组安装构件上的测量标记点或者要进行测量的安装构件相邻安装构件上的可变测量点，生成测量标记点点云模型，并记录测量标记点在不动测量点空间坐标系下坐标。
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈立斌，杨建国，丁向兵，张俊鹏，
申请(专利权)人：中铁十五局集团第二工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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