基于三维激光扫描和云平台的钢结构桥梁虚拟预拼和检测方法技术

本发明专利技术提供一种基于三维激光扫描和云平台的钢结构桥梁虚拟预拼和检测方法，包括检测钢结构梁段的制造误差和整桥虚拟预拼装，其中：检测钢结构梁段的制造误差包括根据设计数据建立钢结构梁段的理论模型、获得钢结构梁段的实测模型以及将钢结构梁段的理论模型和实测模型进行比较来检测制造误差等步骤；桥梁虚拟预拼装包括将钢结构梁段的实测模型进行坐标转换、将所有钢结构梁段进行全桥整体虚拟预拼装等步骤。应用本发明专利技术的技术方案，效果是：既能高精度的检测出每节段钢结构梁段的制造误差，又能使得钢结构桥梁的预拼不再受限于场地和吊装设备的制约，具有工期短、成本低、精度高、便于安全实施以及数据同步上传云平台、真实性有保障等特点。

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..

【技术实现步骤摘要】
基于三维激光扫描和云平台的钢结构桥梁虚拟预拼和检测方法
本专利技术涉及桥梁
，具体涉及一种基于三维激光扫描和云平台的钢结构桥梁虚拟预拼和检测方法。
技术介绍
由于受到运输或吊装等条件的限制，钢结构桥梁一般只能采用分段、分体的方式进行制作或安装，为了检测其制作的整体性和准确性以及保证现场安装定位的顺利实施，在构件出厂前需要进行工厂内预拼。钢结构桥梁的构件形式比较复杂，且构件之间具有空间关联性，对构件间接口的制作精度要求很高，由于累积误差的影响，有时仅靠控制单体构件精度无法满足现场安装要求，因此，对于复杂的构件，通常要求在加工厂进行精确测量和预拼。传统技术是采用全站仪、钢尺和检验模板等方式进行构件检测，再进行整体预拼。此种方式的不足之处是：所需场地面积大，预拼过程繁琐，测量时间长，检测费用高，检测精度低，更为重要的是随着钢结构的发展，出现了大型三维空间异形结构，传统的预拼方法已经无法满足现在钢结构发展的需求。由于场地、吊装设备、时间周期等方面的限制，有时不具备整体预拼的条件，虚拟预拼技术应运而生。但已有的虚拟预拼技术仍采用常规的全站仪、卷尺等设备，几何点坐标采集难度非常大，一般仅采集数量很少的特征点坐标。利用3D光学扫描测量系统对构件进行三维光栅扫描的计算机仿真模拟预拼装方法，需要给构件外表面贴数码点和标记点，对于几何尺寸很大的钢结构桥梁节段该过程操作繁琐，实施过程中高空作业危险性较大，且三维光栅扫描的精度也难以保证。综上所述，急需一种工期短、成本低、精度高、便于安全实施以及数据真实性有保障的钢结构检测和预拼的方法以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种工期短、成本低、精度高、便于安全实施以及数据真实性有保障的钢结构检测和预拼的方法，具体技术方案如下：一种基于三维激光扫描和云平台的钢结构桥梁虚拟预拼和检测方法，包括检测钢结构梁段的制造误差和桥梁虚拟预拼装；检测钢结构梁段的制造误差，具体包括以下步骤：步骤a1、根据设计数据建立钢结构梁段的理论模型；采用三维激光扫描仪采集钢结构梁段的点云数据，获得钢结构梁段的实测模型；将钢结构梁段的理论模型和实测模型进行比较来检测制造误差；步骤a2、判断制造误差是否处于控制范围内，若制造误差超过控制范围，则调整相应节段的钢结构梁段，返回步骤a1；若制造误差位于控制范围内，则钢结构梁段满足要求；所有钢结构梁段均符合要求后进入桥梁虚拟预拼装；桥梁虚拟预拼装，具体包括以下步骤：步骤b1、将钢结构梁段的实测模型进行坐标转换，使得所有钢结构梁段的实测模型的坐标统一到一个坐标系中；将所有钢结构梁段进行全桥整体虚拟预拼装，得到虚拟预拼后的桥梁；步骤b2、判断虚拟预拼后的桥梁是否满足要求，若虚拟预拼后的桥梁不满足要求，则挑选出不符合要求的节段所对应的钢结构梁段，对相应钢结构梁段进行微调，采用三维激光扫描仪采集钢结构梁段的点云数据，重新得到其实测模型，返回步骤b1；若虚拟预拼后的桥梁满足要求，则完成桥梁的虚拟预拼装。为了达到更好的技术效果，还包括合龙段的虚拟预拼装和合龙过程，具体是：首先，采用三维激光扫描仪采集合龙段以及与合龙段两端相连的钢结构梁段的点云数据，将合龙段与其相连的钢结构梁段进行虚拟预拼装，确定合龙段的修裁切割余量；其次，对合龙段进行修整，吊装修整后的合龙段进行桥梁合龙。以上技术方案中优选的，所述点云数据的采集过程是：在钢结构梁段或合龙段的四周架设2-8站扫描仪进行扫描采集点云数据，钢结构梁段或合龙段布设4-5个球形靶标以便于数据拼接。以上技术方案中优选的，所述点云数据采集后被同步上传到云平台，并对点云数据进行处理，得到钢结构梁段和合龙段的实测模型。以上技术方案中优选的，对点云数据进行处理的具体过程是：将原始点云数据导入Geomagic软件中，通过去噪、修复以及封装处理后即得钢结构梁段或合龙段的实测模型。以上技术方案中优选的，所述虚拟预拼装具体操作是：提取相邻两节段钢结构梁段或者合龙段与其连接的钢结构梁段的拼接面的数据群，将数据群中的数据通过减去数据群的平均值而实现中心化；将中心化后的拼接面数据群在同一坐标系下显示，展示出两拼接面的吻合度，查看两拼接面的偏差是否在允许范围内；在相邻拼接面上均匀选取8-10个点作为公共点，完成坐标转换，实现两节段钢结构梁段的两两相拼。以上技术方案中优选的，将理论模型和实测模型进行比较的方法包括以下两种：第一种、先在AutoCAD中根据设计数据画出待测钢结构梁段的三维模型，然后将待测钢结构梁段的点云数据导入AutoCAD中与三维模型进行比较；第二种、在Geomagic软件中对单节段的钢结构梁段的三维模型进行多次截面，获取该钢结构梁段的三维尺寸，然后与设计数据进行对比。以上技术方案中优选的，所述理论模型采用三维建模软件AutoCAD进行建立。以上技术方案中优选的，所述点云数据采用三维激光扫描仪在凌晨或没有日照的情况下进行采集。以上技术方案中优选的，所述步骤a1具体是：先建立桥梁中所有钢结构梁段的理论模型，再得到所有钢结构梁段的实测模型，最后再将相应节段的钢结构梁段的理论模型和实测模型进行比较；或者是，先建立某一节段钢结构梁段的理论模型，再得到此节段钢结构梁段的实测模型，最后再将此节段的钢结构梁段的理论模型和实测模型进行比较；重复以上步骤完成所有钢结构梁段的检测。应用本专利技术的技术方案，具有以下有益效果：(1)本专利技术所公开的基于三维激光扫描和云平台的钢结构桥梁虚拟预拼和检测方法，包括检测钢结构梁段的制造误差以及桥梁虚拟预拼装，详情是：它通过三维激光扫描采集钢结构梁段的点云数据，通过数字拟合等处理得到钢结构梁段的三维空间模型(即实测模型)，并将其和理论模型进行对比，高精度的检测出每节段钢结构梁段的制造误差；当桥梁中所有钢结构梁段均已满足节段要求后，进行节段的两两相拼，直到完成整桥的虚拟预拼，使得钢结构桥梁的预拼不再受限于场地和吊装设备的制约。(2)本专利技术中还公开了合龙段的虚拟预拼装和合龙过程，具体是：首先，采用三维激光扫描仪采集合龙段以及与合龙段两端相连的钢结构梁段的点云数据，将合龙段与其相连的钢结构梁段进行虚拟预拼装，确定合龙段的修裁切割余量；最后，对合龙段进行修整，吊装修整后的合龙段进行桥梁合龙。工期短、成本低、精度高、便于安全实施，能保证合龙段一次吊装成功。(3)本专利技术中所述点云数据的采集具体过程是：在钢结构梁段或合龙段的四周架设2-8站扫描仪进行扫描采集点云数据，其中：钢结构梁段或合龙段上布设4-5个球形靶标便于点云数据拼接，以获得钢结构梁段或合龙段的全部点云数据，用于后续建模；采集点云数据后将点云数据同步上传到云平台，避免数据处理过程中出现差错，或者人为的修改，保证数据的绝对真实性，提高质量；对点云数据进行处理的具体过程是：将原始点云数据导入Geomagic软件中，通过去噪、修复以及封装处理后即得钢结构梁段或合龙段的实测模型，操作方便，且实测模型的精准度和真实度高。(4)本专利技术中虚拟预拼装具体操作是：提取相邻两节段钢结构梁段或者合龙段与其连接的钢结构梁段的拼接面的数据群，将数据群中的数据通过减去数据群的平均值而实现中心化；将中心化后的拼接面数据群在同一坐标系下显示，这样可以直观的展示出两拼接面的吻合度，查看两拼接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三维激光扫描和云平台的钢结构桥梁虚拟预拼和检测方法，其特征在于，包括检测钢结构梁段的制造误差和桥梁虚拟预拼装；检测钢结构梁段的制造误差，具体包括以下步骤：步骤a1、根据设计数据建立钢结构梁段的理论模型；采用三维激光扫描仪采集钢结构梁段的点云数据，获得钢结构梁段的实测模型；将钢结构梁段的理论模型和实测模型进行比较来检测制造误差；步骤a2、判断制造误差是否处于控制范围内，若制造误差超过控制范围，则调整相应节段的钢结构梁段，返回步骤a1；若制造误差位于控制范围内，则钢结构梁段满足要求；所有钢结构梁段均符合要求后进入桥梁虚拟预拼装；桥梁虚拟预拼装，具体包括以下步骤：步骤b1、将钢结构梁段的实测模型进行坐标转换，使得所有钢结构梁段的实测模型的坐标统一到一个坐标系中；将所有钢结构梁段进行全桥整体虚拟预拼装，得到虚拟预拼后的桥梁；步骤b2、判断虚拟预拼后的桥梁是否满足要求，若虚拟预拼后的桥梁不满足要求，则挑选出不符合要求的节段所对应的钢结构梁段，对相应钢结构梁段进行微调，采用三维激光扫描仪采集钢结构梁段的点云数据，重新得到其实测模型，返回步骤b1；若虚拟预拼后的桥梁满足要求，则完成桥梁的虚拟预拼装。...

【技术特征摘要】
1.一种基于三维激光扫描和云平台的钢结构桥梁虚拟预拼和检测方法，其特征在于，包括检测钢结构梁段的制造误差和桥梁虚拟预拼装；检测钢结构梁段的制造误差，具体包括以下步骤：步骤a1、根据设计数据建立钢结构梁段的理论模型；采用三维激光扫描仪采集钢结构梁段的点云数据，获得钢结构梁段的实测模型；将钢结构梁段的理论模型和实测模型进行比较来检测制造误差；步骤a2、判断制造误差是否处于控制范围内，若制造误差超过控制范围，则调整相应节段的钢结构梁段，返回步骤a1；若制造误差位于控制范围内，则钢结构梁段满足要求；所有钢结构梁段均符合要求后进入桥梁虚拟预拼装；桥梁虚拟预拼装，具体包括以下步骤：步骤b1、将钢结构梁段的实测模型进行坐标转换，使得所有钢结构梁段的实测模型的坐标统一到一个坐标系中；将所有钢结构梁段进行全桥整体虚拟预拼装，得到虚拟预拼后的桥梁；步骤b2、判断虚拟预拼后的桥梁是否满足要求，若虚拟预拼后的桥梁不满足要求，则挑选出不符合要求的节段所对应的钢结构梁段，对相应钢结构梁段进行微调，采用三维激光扫描仪采集钢结构梁段的点云数据，重新得到其实测模型，返回步骤b1；若虚拟预拼后的桥梁满足要求，则完成桥梁的虚拟预拼装。2.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描和云平台的钢结构桥梁虚拟预拼和检测方法，其特征在于，还包括合龙段的虚拟预拼装和合龙过程，具体是：首先，采用三维激光扫描仪采集合龙段以及与合龙段两端相连的钢结构梁段的点云数据，将合龙段与其相连的钢结构梁段进行虚拟预拼装，确定合龙段的修裁切割余量；其次，对合龙段进行修整，吊装修整后的合龙段进行桥梁合龙。3.根据权利要求2所述的基于三维激光扫描和云平台的钢结构桥梁虚拟预拼和检测方法，其特征在于，所述点云数据的采集过程是：在钢结构梁段或合龙段的四周架设2-8站扫描仪进行扫描采集点云数据，钢结构梁段或合龙段布设4-5个球形靶标便于数据拼接。4.根据权利要求3所述的基于三维激光扫描和云平台的钢结构桥梁虚拟预拼和检测方法，其特征在于，所述点云数据采集后被同步上传到云平台，并对点云数据进行处理，得到钢结构梁段和合龙段的实测模型。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁晓东，项超群，吴勇生，谢鸿，曾雄鹰，易诞，刘妙群，
申请(专利权)人：湖南联智监测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43