【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑基坑工程领域，尤其提供了一种基于三维激光扫描技术的基坑作业巡检方法及系统。
技术介绍
1、建筑基坑工程是工程施工中的关键环节，但也是最危险的部分之一。基坑工程开挖和使用过程的安全风险通常集中在：各种原因导致的基坑变形超限、地下水的渗漏突涌等方面。这些风险不仅会对工程质量产生威胁，也对严重影响施工作业人员的安全。因此，基坑相关作业中需要对其进行严密监测和巡视检查。
2、按照国家标准《建筑基坑工程监测技术标准》（gb 50497-2019）要求：基坑工程施工和使用期内，每天均应由专人进行巡视检查。进行巡视检查的项目包括：基坑有无涌土、流砂、管涌；面层有无开裂、脱落；止水帷幕有无开裂、渗漏水；坑底有无积水等。
3、在具体的巡视检查执行过程中，基坑工程人工巡视检查工作十分繁琐，同时对某些基坑工程问题或缺陷检查的主观性较强，人工判断基坑工程问题或缺陷的过程可能发生误判，甚至施工现场巡检人员随意编造巡视检查记录的情况也时有发生。以上这些情况可能导致极为严重的基坑开挖安全事故。因此，如何在基坑开挖中实现自动化综合巡检、提高基坑施工的安全性，是基坑工程领域亟待解决的问题之一。
技术实现思路
1、基于此，本专利技术提出一种基于三维激光扫描技术的基坑作业巡检方法及系统，实现自动化综合巡检，替代人工巡检，以降低基坑施工巡检工作量，提高巡检精度和灵敏度，提高基坑作业的安全性。
2、为了达到上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种基于三维激光扫描技术的基
3、s100.在基坑外侧设置三维激光扫描仪，在基坑开挖过程中三维激光扫描仪按照设定时间间隔对基坑全景多次扫描，每次扫描分别获取基坑全景的点云数据，所述点云数据包括三维点云位置数据和激光反射率数据；
4、s200.数据获取模块实时接收并存储每次扫描产生的所述点云数据；
5、s300.单次监测数据处理模块对每次扫描产生所述点云数据处理和分析；
6、s400.对比分析及报警模块进行状态判断，并确定是否发出报警。
7、进一步的，所述点云数据处理包括点云配准，所述点云配准使用随机抽样一致算法，包括：
8、s321.确定一组三维点云位置数据为配准基准组，另选取一组三维点云位置数据为待配准组；
9、s322.随机选取两组三维点云位置数据的一部分作为初始数据，通过旋转矩阵和/或平移向量的方法对初始数据处理，获得对应的最优变换关系；
10、s323.按此变换关系对剩余数据进行测试，获得配准误差；
11、s324.重复迭代以上操作，选取配准误差最小的一组变换关系并应用。
12、进一步的，所述点云数据处理包括数据分割，以基坑各基坑侧壁和基坑坑底为分割单元，将所述点云数据分割而形成每个基坑侧壁点云坐标数据、基坑底点云坐标数据、各基坑侧壁激光反射率数据以及基坑底激光反射率数据。
13、进一步的，通过单次监测数据处理模块对所述基坑挖方量统计，包括准备数据步骤：
14、s341.预设挖方控制高程ac(i)；
15、s342.预设基坑坑底尺寸；
16、s343.预设采样步长，通过预设采样点数设置步长，设置基坑坑底长边和短边对应采样点数da、db；
17、s344.提取基坑坑底的激光点云位置数据z(i,t)；
18、s345.获取坑底面上次激光点云位置数据z(i,t-t)；
19、其中：z为深度坐标，i为激光点编号，t为当次扫描时间，t为扫描周期。
20、进一步的，通过单次监测数据处理模块对所述基坑挖方量统计和超挖监测。
21、进一步的，通过单次监测数据处理模块对基坑侧壁渗漏水情况监测和基坑坑底涌水积水巡检，步骤包括：
22、s371.提取基坑其中一面基坑侧壁的激光点云反射率数据；
23、s372.设置反射率阈值将点云反射率数据处理为二值数据集合；
24、s373.采用滤波方法去除二值数据噪声，形成用以进行渗水区域识别的二值数据集合；
25、s374.渗水面积计算，通过预设的点云步距数值，结合某渗水区域内的点云数量进行计算；
26、s375.设置最小渗水识别面积阈值并进行筛选，以去除不合理数据。
27、进一步的，所述滤波方法为中值滤波，包括设置合适的滤波窗口，用中心点滤波模板范围内数据中值来替换中心点原始数据值，然后用模板中心点遍历所有点云数据并进行处理；
28、进一步的，通过对比分析及报警模块对超挖判断及报警、对挖方速度判断及报警。
29、为了达到上述目的，第二方面，本专利技术提供了一种基于三维激光扫描技术的基坑作业巡检系统，包括三维激光扫描仪、数据获取模块、单次监测数据处理模块、对比分析及报警模块；
30、所述三维激光扫描仪，架设在基坑开挖现场，向基坑表面发射激光并对比反射光线，以获取基坑全景的三维点云位置数据和激光反射率数据；
31、所述数据获取模块，与所述三维激光扫描仪连接，接收三维激光扫描仪发来的基坑全景的三维点云位置数据和激光反射率数据；
32、所述单次监测数据处理模块，包括基坑挖方量和超挖监测单元、基坑侧壁渗漏水情况监测单元和基坑坑底涌水积水分析单元，对单次扫描得到的三维点云位置数据和激光反射率数据简化处理；
33、所述对比分析及报警模块，将各次扫描并简化后的点云数据进行状态判断，并确定是否发出报警。
34、本专利技术所提供的基于激光扫描与视觉识别技术的基坑巡视监测方法及系统的技术优势至少体现在：
35、第一方面，在基坑开挖现场架设三维激光扫描仪，通过三维激光扫描仪向基坑表面发射激光并对比反射光线，同时获取基坑全景三维点云位置数据和激光反射率数据；通过激光反射率前后对比分析，实现基坑侧壁渗漏水和坑底涌水积水巡检功能，相比于普通的依靠图像识别水渍的方式更精准；通过点云位置坐标数据的处理，进行基坑开挖进度监测和超挖预警；
36、第二方面，充分利用了激光扫描设备获取的三维位置坐标和反射率，实现了高精度超挖识别和进度监测、可靠的渗漏水和涌水积水识别，且无需埋设监测元件，无需接触被测目标，实现了基坑工程自动化综合巡检，极大降低了基坑施工巡检工作量，避免了巡检工作的主观性，降低了基坑工程的施工风险，相较于传统的人工监测，这种系统和方法的精度和灵敏度更高，能够更好的防止挖掘机械局部超挖等事故。
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1.一种基于三维激光扫描技术的基坑作业巡检方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描技术的基坑作业巡检方法，其特征在于：所述点云数据处理包括点云配准，所述点云配准使用随机抽样一致算法，包括：
3.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描技术的基坑作业巡检方法，其特征在于：所述点云数据处理包括数据分割，分别以基坑各基坑侧壁(11)和基坑坑底(12)为分割单元，将所述点云数据分割而形成每个基坑侧壁点云坐标数据、基坑底点云坐标数据、各基坑侧壁激光反射率数据以及基坑底激光反射率数据。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于三维激光扫描技术的基坑作业巡检方法，其特征在于：通过单次监测数据处理模块(33)对所述基坑挖方量统计，包括准备数据：
5.根据权利要求4所述的基于三维激光扫描技术的基坑作业巡检方法，其特征在于：通过单次监测数据处理模块(33)对所述基坑挖方量统计和超挖监测，包括：
6.根据权利要求1或2或3所述的基于三维激光扫描技术的基坑作业巡检方法，其特征在于：通过单次监测数据处理模块(33)对基坑侧壁(11)渗
7.根据权利要求6所述的基于三维激光扫描技术的基坑作业巡检方法，其特征在于：所述滤波方法为中值滤波，包括设置合适的滤波窗口，用中心点滤波模板范围内数据中值来替换中心点原始数据值，然后用模板中心点遍历所有点云数据并进行处理；其计算过程表示为：
8.根据权利要求1所述的基于激光扫描与视觉识别技术的基坑巡视监测方法，其特征在于：通过对比分析及报警模块(34)对超挖判断及报警：
9.根据权利要求8所述的基于三维激光扫描技术的基坑作业巡检方法，其特征在于：通过对比分析及报警模块(34)对挖方速度判断及报警：
10.一种基于三维激光扫描技术的基坑作业巡检系统，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种基于三维激光扫描技术的基坑作业巡检方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描技术的基坑作业巡检方法，其特征在于：所述点云数据处理包括点云配准，所述点云配准使用随机抽样一致算法，包括：
3.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描技术的基坑作业巡检方法，其特征在于：所述点云数据处理包括数据分割，分别以基坑各基坑侧壁(11)和基坑坑底(12)为分割单元，将所述点云数据分割而形成每个基坑侧壁点云坐标数据、基坑底点云坐标数据、各基坑侧壁激光反射率数据以及基坑底激光反射率数据。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于三维激光扫描技术的基坑作业巡检方法，其特征在于：通过单次监测数据处理模块(33)对所述基坑挖方量统计，包括准备数据：
5.根据权利要求4所述的基于三维激光扫描技术的基坑作业巡检方法，其特征在于：通过单次监测数据处理模块(33)对所述基坑挖方量统计和...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨振华，马连峰，胡平平，何小志，师新航，王卿，张永飞，方梦之，
申请(专利权)人：中交一公局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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