【技术实现步骤摘要】
本申请涉及桥梁建设，特别涉及一种桥梁桁段精确拼装方法。
技术介绍
1、在现代桥梁建设领域，尤其是在千米级大跨度铁路桥梁的构造中，桥梁桁段的精准拼装技术显得尤为关键。大跨度桥梁以其优美的线形、强大的跨越能力和高效的结构性能而广受青睐。然而，随着桥梁设计的日益复杂和施工精度要求的提高，如何确保桥梁桁段在施工过程中的精准对接，成为了确保整体工程质量、安全性及及时竣工的重要挑战。
2、传统的桥梁桁段拼装方法多依赖人工测量和经验操作，使用全站仪、水平仪等传统测量工具进行定位和对接。这种方法在处理简单结构时或许能够满足基本需求，但在面对复杂的大跨度桥梁工程时，人为误差、操作效率低下以及对复杂空间关系适应性差等问题逐渐凸显，这直接影响了施工精度和项目进度，增加了工程成本。
3、现通过基站式扫描仪对桁段进行扫描的方法存在进度不足的问题，该扫描方法虽然能够覆盖较大的测量范围，但在需要捕捉杆件端部等小细节或复杂几何形状时，其空间分辨率的限制和长距离测量误差的累积可能导致关键信息的丢失和测量结果的偏差，特别是在结构复杂且有多个相互遮挡部件的桥梁桁段上，基站式扫描仪的适应性差进一步影响了整体测量质量。因此，尽管基站式扫描仪在某些场景下有其便利性，但在追求高精度桥梁桁段拼装的项目中，其精度不足的劣势显而易见，需要更高精度的测量方案来满足工程需求。
技术实现思路
1、本申请实施例提供一种桥梁桁段精确拼装方法，以解决相关技术中现有的钢桁梁拼装时精度不够准确的问题。
2、本申请
3、在各个桁段杆的拼接端端头上设置球形棱镜；
4、通过扫描仪对拼接端端头进行扫描，提取拼接端螺栓孔群和球形棱镜的坐标；
5、在已架桁段上设置全站仪，使全站仪可以对已架桁段与未架桁段拼接端上的球形棱镜测量，然后建立桁段拼接端处的逆向建模，确定桁段杆端头的空间位置；
6、根据逆向建模的数据结果，使已架桁段的螺栓孔群与未架桁段的螺栓孔群一一对应匹配配准；
7、计算桁段杆各端头匹配配准后对接所产生的平移和旋转矩阵的数据，控制架桥机调整桁段位姿与位移，使未架桁段和已架桁段的螺栓孔群进行配准对接，实现精准拼装；
8、重复上述步骤使下一未架桁段继续拼接。
9、一些实施例中，在各个桁段杆的拼接端设置球形棱镜的具体过程为：
10、在每个桁段杆的拼接端任意端头上设置三个球形棱镜，位于下弦杆的球形棱镜安装在端头的顶部，位于上弦杆的球形棱镜安装在端头的底部。
11、一些实施例中，提取拼接端螺栓孔群和球形棱镜的坐标的具体过程为：
12、运用ransac算法提取拼接端处螺栓孔孔心坐标和棱镜球心坐标。
13、一些实施例中，运用ransac算法提取螺栓孔孔心坐标和球形棱镜球心坐标时的具体过程为：
14、通过直通滤波器初步筛选点云数据，排除无关噪点；
15、通过体素格下采样方法简化点云，减轻计算负担同时保留关键几何信息；
16、利用ransac算法识别点云中的螺栓孔和棱镜；
17、最后应用最小二乘法进行圆形或球形的几何拟合，精确确定螺栓孔和球形棱镜的中心坐标。
18、一些实施例中，在已架桁段上设置全站仪，使全站仪可以对已架桁段与未架桁段拼接端上的球形棱镜测量，然后建立桁段拼接端处的逆向建模，确定桁段杆端头的空间位置的具体过程为：
19、在已架桁段上设置全站仪，使全站仪可以对已架桁段与未架桁段拼接端上的所有的球形棱镜自动测量；
20、以全站仪测量坐标为目标点云，梁场测量的桁段杆端头为源点云，运用算法以球形棱镜的球心坐标为公共点，确定桁段杆端头在空间中的位置，完成桁段拼接端处的逆向建模，精确确定桁段杆端头空间位置。
21、一些实施例中，运用算法以球形棱镜的球心坐标为公共点，确定桁段杆端头在空间中的位置，完成桁段拼接端处的逆向建模，精确确定桁段杆端头空间位置的具体过程为：
22、运用umeyama算法对源点云和目标点云进行对比和分析，以球形棱镜的球心坐标作为连接两者的公共点；
23、求得源点云和目标点云的空间变换矩阵，在对源点云施加该矩阵，完成逆向建模，精确确定桁段杆端头空间位置。
24、一些实施例中，根据逆向建模的数据结果，使已架桁段的螺栓孔群与未架桁段的螺栓孔群一一对应匹配配准的具体过程为：
25、设置已架桁段的端头a1、a2、a3和a4，设置未架桁段的端头b5、b6、b7和b8；
26、通过umeyama算法可知已架桁段与未架桁段端头匹配配准为a1与b5匹配、a2与b6匹配、a3与b7匹配、a4与b8匹配。
27、一些实施例中，计算桁段杆各端头匹配配准后对接所产生的平移和旋转矩阵的数据，控制架桥机调整桁段位姿与位移，使未架桁段和已架桁段的螺栓孔群进行配准对接，实现精准拼装的具体过程为：
28、自动计算出各端头配准所需的平移和旋转矩阵的数据；
29、通过最小化源点云到目标点云的平均距离来计算最佳的旋转矩阵和平移向量再计算目前为止，每个端头移动至对应桁段端头的最小工作量；
30、通过对架桥机输入计算所得的平移和旋转矩阵，控制架桥机调整桁段位姿与位移，实现精准拼装。
31、一些实施例中，重复上述步骤使下一未架桁段继续拼接的具体过程为：
32、在完成初次拼装后，剩余桁段的端头空间发生变化，针对剩余未拼装的端头重复进行监测、配准和位姿调整；
33、运用智能算法根据新的实时监测数据，直至所有端头精确对接拼装，保证桥梁整体结构的准确性和稳定性。
34、一些实施例中，其中在完成桁段杆拼接成桁段前，在球形棱镜的周围设置提示标志，在完成拼装后确定每个桁段的端头均设置有球形棱镜。
35、本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
36、通过球形棱镜可使桁段杆拼接的端头为公共点，通过全站仪可自动测量未架桁段和已架桁段的拼接的位置，然后通过算法确定桁段杆的端头在空间中的位置，既可以得到桁段拼接的逆向建模，接着使未架桁段和已架桁段的螺栓孔群配准，再利用算法算出需要螺栓孔群配准时未架桁段和已架桁段需要的平移量和旋转矩阵，找到移动量最小的位置，使桁段位姿调整，即可使未架桁段和已架桁段的螺栓孔群配准，进行初次拼装。
37、通过球形棱镜、螺栓孔群、三维扫描和全站仪可以自动测量出桁段杆拼接的初步坐标，再利用算法，使两个拼接的桁段杆的坐标再次精确计算，使两个桁段杆拼接端之间的拼接坐标再次确定，提高精准，避免了只通过扫描仪扫描导致在结构复杂且有多个相互遮挡部件的桥梁桁段上，基站式扫描仪的适应性差影响了整体测量质量。
38、通过在桥梁桁段端头安装球形棱镜作为定位标志，使用手持式三维扫描仪对端头进行详细扫描，并利用智能算法准确提取关键特征点坐本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种桥梁桁段精确拼装方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的桥梁桁段精确拼装方法，其特征在于：
3.如权利要求1所述的桥梁桁段精确拼装方法，其特征在于：
4.如权利要求3所述的桥梁桁段精确拼装方法，其特征在于：
5.如权利要求1所述的桥梁桁段精确拼装方法，其特征在于：
6.如权利要求5所述的桥梁桁段精确拼装方法，其特征在于：
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9.如权利要求1所述的桥梁桁段精确拼装方法，其特征在于：
10.如权利要求1所述的桥梁桁段精确拼装方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种桥梁桁段精确拼装方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的桥梁桁段精确拼装方法，其特征在于：
3.如权利要求1所述的桥梁桁段精确拼装方法，其特征在于：
4.如权利要求3所述的桥梁桁段精确拼装方法，其特征在于：
5.如权利要求1所述的桥梁桁段精确拼装方法，其特征在于：
【专利技术属性】
技术研发人员：马跃龙，余志祥，黄启文，王熊珏，李艳哲，钟继卫，王波，黄晓航，柴小鹏，余文志，盛兆琦，彭梦琪，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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