一種基于三維激光掃描技術(shù)的建構(gòu)物健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與評(píng)估領(lǐng)域，特別涉及一種基于三維激光掃描技術(shù)的建構(gòu)物健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]地面三維激光掃描技術(shù)(Terrestrial Laser Scanning，TLS)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種快速獲取空間三維信息的新技術(shù)手段，使得空間數(shù)據(jù)的獲取從傳統(tǒng)的單點(diǎn)數(shù)據(jù)采集向連續(xù)的、密集型自動(dòng)數(shù)據(jù)獲取技術(shù)轉(zhuǎn)變，它采用非接觸式高速激光測(cè)量方式，完整并高精度地重建掃描實(shí)物及快速獲得原始測(cè)繪數(shù)據(jù)，為建立高逼真、高精度三維模型提供了一種全新的技術(shù)手段。傳統(tǒng)的檢測(cè)手段主要有全站儀、GPSRTK技術(shù)，他們?nèi)菀资艿教鞖狻⒔煌ǖ群芏嘁蛩氐挠绊?，限制較多。
[0003]傳統(tǒng)的把空間建構(gòu)物實(shí)際模型還原成3D模型的的技術(shù)諸如CATIA，Pro/E等CAD、CAE軟件雖然可以對(duì)檢測(cè)獲取的點(diǎn)云逆向建模，但是需要對(duì)特征點(diǎn)和特征線進(jìn)行人工提取來生成模型，耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間；因此，我們需要一個(gè)自動(dòng)化的模型重建技術(shù)，從而能夠及時(shí)的構(gòu)建空間建構(gòu)物的實(shí)際模型以及預(yù)測(cè)模型，來避免各種安全隱患。
[0004]在工程領(lǐng)域中，有限元分析越來越多地用于仿真模擬，來求解真實(shí)的工程問題。將三維激光掃描技術(shù)和有限元分析相融合，集數(shù)據(jù)采集、軟件分析以及預(yù)測(cè)評(píng)估于一體的全自動(dòng)高智能三維監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷與不足，本發(fā)明提供一種基于三維激光掃描技術(shù)的建構(gòu)物健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種基于三維激光掃描技術(shù)的建構(gòu)物健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括測(cè)量數(shù)據(jù)采集以及預(yù)處理模塊，數(shù)據(jù)分析模塊和智能預(yù)測(cè)模塊，所述數(shù)據(jù)采集以及預(yù)處理模塊所采集的建構(gòu)物數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)分析模塊中進(jìn)行分析處理，所述智能預(yù)測(cè)模塊結(jié)合數(shù)據(jù)分析結(jié)果以及所述數(shù)據(jù)采集以及預(yù)處理模塊所采集的數(shù)據(jù)綜合分析進(jìn)而監(jiān)測(cè)和評(píng)估建構(gòu)物。
[0007]優(yōu)選的，所述的測(cè)量數(shù)據(jù)采集以及預(yù)處理模塊包含多傳感器測(cè)量子模塊、控制和數(shù)據(jù)采集子模塊與數(shù)據(jù)預(yù)處理子模塊；多傳感器測(cè)量子模塊與控制和數(shù)據(jù)采集子模塊測(cè)量得到工程結(jié)構(gòu)各區(qū)域點(diǎn)云數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)預(yù)處理子模塊對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)糾正，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，減少數(shù)據(jù)的噪聲點(diǎn)，并把儀器坐標(biāo)系下的點(diǎn)云轉(zhuǎn)化到當(dāng)?shù)鼗蛘呷蜃鴺?biāo)系統(tǒng)下，從而完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述多傳感器測(cè)量子模塊包括三維激光掃描儀。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述控制和數(shù)據(jù)采集子模塊中以控制臺(tái)為中心，控制臺(tái)控制設(shè)備開啟，關(guān)閉以及檢測(cè)。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)分析模塊包含三維模型重建子模塊和有限元模型子模塊；三維模型重建子模塊通過運(yùn)用NURBS曲面算法對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)分塊進(jìn)行曲面擬合，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸計(jì)算，得到三維模型；有限元模型子模塊對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行有限元分析，將測(cè)量數(shù)據(jù)采集以及預(yù)處理模塊采集數(shù)據(jù)與有限元模型進(jìn)行比對(duì)，從而修正有限元模型。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述智能預(yù)測(cè)模塊利用修正后的有限元模型，結(jié)合述數(shù)據(jù)采集以及預(yù)處理模塊所采集的其他測(cè)量數(shù)據(jù)，綜合分析以及預(yù)測(cè)該建筑物的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，最后在顯示器中顯示三維模型圖像和未來各個(gè)時(shí)段的評(píng)估報(bào)告以及解決方案。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
1.本發(fā)明所提供的基于三維激光掃描技術(shù)的建構(gòu)物健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過三維激光掃描技術(shù)采集數(shù)據(jù)，完整并高精度地重建掃描實(shí)物及快速獲得原始測(cè)繪數(shù)據(jù)，可以建立更高精度和更加逼真的三維模型，大大降低采集工序的時(shí)間和成本。
[0013]2.本發(fā)明的建構(gòu)物健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有監(jiān)控量測(cè)實(shí)時(shí)化、采集結(jié)果精細(xì)化、后期處理自動(dòng)化、輸出結(jié)果多樣化、設(shè)計(jì)優(yōu)化直觀化、解決方案智能化等特點(diǎn)，操作性強(qiáng)，應(yīng)用價(jià)值大，可廣泛用于橋梁、房屋、地鐵、煤礦等建構(gòu)物的檢測(cè)和評(píng)估，應(yīng)用范圍廣。
【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
圖1為本發(fā)明所述的基于三維激光掃描技術(shù)的建構(gòu)物健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的洗頭膏原理圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述的三維激光掃描點(diǎn)云三維重建的流程圖。
[0015]圖中:1.采集以及預(yù)處理模塊；2.數(shù)據(jù)分析模塊；智能預(yù)測(cè)模塊；4.多傳感器測(cè)量子模塊；5.控制和數(shù)據(jù)采集子模塊；6.數(shù)據(jù)預(yù)處理子模塊；7.三維模型重建子模塊；8.有限元模型子模塊；9.自動(dòng)化輸出子模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的一種基于三維激掃描技術(shù)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明所揭示的基于三維激掃描技術(shù)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有主模塊測(cè)量數(shù)據(jù)采集以及預(yù)處理模塊1、數(shù)據(jù)分析模塊2和智能預(yù)測(cè)模塊3。所述測(cè)量數(shù)據(jù)采集以及預(yù)處理模塊I包括多傳感器測(cè)量子模塊4，控制和數(shù)據(jù)采集子模塊5和數(shù)據(jù)預(yù)處理自模塊6，數(shù)據(jù)分析模塊2包括三維模型重建子模塊7和有限元模型子模塊8，智能預(yù)測(cè)模塊3包括自動(dòng)化輸出子模塊9。
[0018]所述的測(cè)量數(shù)據(jù)采集以及預(yù)處理模塊的多傳感器測(cè)量子模塊與控制和數(shù)據(jù)采集子模塊測(cè)量得到工程結(jié)構(gòu)各區(qū)域點(diǎn)云數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)預(yù)處理子模塊對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)糾正，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，減少數(shù)據(jù)的噪聲點(diǎn)，并把儀器坐標(biāo)系下的點(diǎn)云轉(zhuǎn)化到當(dāng)?shù)鼗蛘呷蜃鴺?biāo)系統(tǒng)下，從而完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理。所述多傳感器測(cè)量子模塊以三維激光掃描儀為主。所述控制和數(shù)據(jù)采集子模塊中以控制臺(tái)為中心，控制臺(tái)控制設(shè)備開啟，關(guān)閉以及檢測(cè)。
[0019]所述數(shù)據(jù)分析模塊的三維模型重建子模塊通過運(yùn)用NURBS曲面算法對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)分塊進(jìn)行曲面擬合，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸計(jì)算，得到三維模型；有限元模型子模塊對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行有限元分析，將測(cè)量數(shù)據(jù)采集以及預(yù)處理模塊采集數(shù)據(jù)與有限元模型進(jìn)行比對(duì)，從而修正有限元模型。
[0020]所述智能預(yù)測(cè)模塊利用修正后的有限元模型，結(jié)合述數(shù)據(jù)采集以及預(yù)處理模塊所采集的其他測(cè)量數(shù)據(jù)，綜合分析以及預(yù)測(cè)該建筑物的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，最后通過自動(dòng)化輸出子模塊在顯示器中顯示三維模型圖像和未來各個(gè)時(shí)段的評(píng)估報(bào)告以及合理解決方案。
[0021]具體的，本發(fā)明所述的基