基于三維激光掃描的變形監(jiān)測坐標(biāo)基準(zhǔn)建立方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維激光掃描技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于三維激光掃描的變形監(jiān)測坐標(biāo)基準(zhǔn)建立方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市日新月異的建設(shè)步伐，高層建筑、大型橋梁、基坑工程得到了迅速發(fā)展。在施工及運營過程中，準(zhǔn)確獲得標(biāo)的物的變形值是保證安全和進行安全評估的重要手段，而如何高效、準(zhǔn)確測定變形值一直是測繪工作者的努力方向。
[0003]目前，在變形監(jiān)測中主要采用三維激光掃描技術(shù)。三維激光掃描是一種新的測量技術(shù)，具有速度快、精度高、非接觸、能夠建立三維點云模形等特點，近年來廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域。
[0004]傳統(tǒng)監(jiān)測手段多采用全站儀、水準(zhǔn)儀的測量手段，需要事先埋設(shè)監(jiān)測點位，其特點是單點式監(jiān)測，其監(jiān)測點少，難以發(fā)現(xiàn)無監(jiān)測點區(qū)域的變形情況，而一旦破壞會嚴(yán)重影響成果的連續(xù)性。目前三維激光掃描可以獲得被測量物體表面大量的三維點云數(shù)據(jù)，改變了傳統(tǒng)的單點變形觀測模式，使傳統(tǒng)的“點測量”方式變?yōu)椤懊鏈y量”方式。因此，將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于變形監(jiān)測工作，具有傳統(tǒng)測量方法無法比擬的優(yōu)勢，具有重要的現(xiàn)實意義。
[0005]此外，變形監(jiān)測的關(guān)鍵是建立穩(wěn)定的測繪基準(zhǔn)，利用此基準(zhǔn)將施工前的監(jiān)測對象進行測量，獲得測量坐標(biāo)點作為初始值。隨著施工的進行，按計劃周期利用此基準(zhǔn)對監(jiān)測對象進行多次測量獲得每次測量的坐標(biāo)，與初始值進行比較獲得每次的變化量。該變化量即為變形監(jiān)測的變形值。穩(wěn)定的基準(zhǔn)如何建立，是關(guān)系到變形測量數(shù)據(jù)是否可靠的基礎(chǔ)。
[0006]目前，三維激光掃描在變形監(jiān)測工作中需要布設(shè)“標(biāo)靶”，并需要采用全站儀或衛(wèi)星定位測量設(shè)備進行大地坐標(biāo)的測量系，同時建立三維激光掃描坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，這就導(dǎo)致測量精度有所損失，效率也受到限制，而變形監(jiān)測需要有穩(wěn)定不變的坐標(biāo)基準(zhǔn)才可進行變形量的計算。如何建立有穩(wěn)定不變的坐標(biāo)基準(zhǔn)是當(dāng)前變形監(jiān)測需要解決的一個技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的旨在至少解決所述技術(shù)缺陷之一。
[0008]為此，本發(fā)明的目的在于提出一種基于三維激光掃描的變形監(jiān)測坐標(biāo)系建立方法及裝置，通過三維激光掃描儀測量變形體的三維點云數(shù)據(jù)，然后建立統(tǒng)一且穩(wěn)定的變形監(jiān)測坐標(biāo)系作為監(jiān)測基準(zhǔn)，保證后續(xù)計算得到的變形測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面的實施例提供一種基于三維激光掃描的變形監(jiān)測坐標(biāo)系建立方法，包括如下步驟:
[0010]步驟S1，利用三維激光掃描儀對變形體及周邊建筑物進行掃描，獲取三維點云數(shù)據(jù)；
[0011]步驟S2，利用所述三維點云數(shù)據(jù)建立所述變形體及周邊建筑物的三維模型；
[0012]步驟S3，對所述三維模型中的三維點云數(shù)據(jù)依據(jù)空間共面性進行分片，獲取多個點云面片；
[0013]步驟S4，從所述多個點云面片中選擇符合預(yù)設(shè)條件的兩個互相垂直的點云面片，其中，選取的每個所述點云面片均為豎直面，分別記為第一豎直點云面片和第二豎直點云面片；
[0014]步驟S5，選取水平面，所述水平面與所述第一豎直點云面片和第二豎直點云面片相交，根據(jù)所述第一豎直點云面片、第二豎直點云面片和所述水平面的相交線建立變形監(jiān)測坐標(biāo)系。
[0015]進一步，在所述步驟S3中，所述對三維模型中的三維點云數(shù)據(jù)依據(jù)空間共面性進行分片，包括如下步驟:
[0016]對判斷位于同一面片上的三維點云數(shù)據(jù)設(shè)置相同的屬性值，將屬性值相同的三維點云數(shù)據(jù)劃分為一個點云面片。
[0017]進一步，在所述步驟S4中，所述預(yù)設(shè)條件為:在基坑開挖過程中，沒有發(fā)生水平位移、豎直位移和變形。
[0018]進一步，在所述步驟S5中，所述建立變形監(jiān)測坐標(biāo)系，包括如下步驟:
[0019]計算所述第一豎直點云面片和所述第二豎直點云面片的第一相交線，定義所述第一相交線為所述變形監(jiān)測坐標(biāo)系的Z軸，其中，所述Z軸的正方向豎直向上；
[0020]選擇位于同一水平線上的多個特征點，根據(jù)所述多個特征點擬合直線，計算通過所述直線且與所述Z軸垂直的平面作為所述水平面，定義所述水平面與所述ζ軸的交點為所述變形監(jiān)測坐標(biāo)系的原點；
[0021]計算所述水平面與所述第一豎直點云面片和第二豎直點云面片相交的第二相交線和第三相交線，定義所述第二相交線和第三相交線分別為所述變形監(jiān)測坐標(biāo)系的X軸和
[0022]進一步，在所述步驟S5之后，還包括如下步驟:將所述三維激光掃描儀每次掃描所述變形體得到的坐標(biāo)，統(tǒng)一到所述步驟S5建立的變形監(jiān)測坐標(biāo)系下，計算變形量，判斷所述變形體是否發(fā)生變形。
[0023]本發(fā)明另一方面實施例提出一種基于三維激光掃描的變形監(jiān)測坐標(biāo)系建立裝置，包括:三維激光掃描儀和計算單元，其中，所述三維激光掃描儀用于對變形體及周邊建筑物進行掃描，獲取三維點云數(shù)據(jù)；所述計算單元與所述三維激光掃描儀相連，用于接收所述三維點云數(shù)據(jù)，利用所述三維點云數(shù)據(jù)建立所述變形體及周邊建筑物的三維模型，對所述三維模型中的三維點云數(shù)據(jù)依據(jù)空間共面性進行分片以獲取多個點云面片，從所述多個點云面片中選擇符合預(yù)設(shè)條件的兩個互相垂直的點云面片，其中，選取的每個所述點云面片均為豎直面，分別記為第一豎直點云面片和第二豎直點云面片，然后所述計算單元選取水平面，所述水平面與所述第一豎直點云面片和第二豎直點云面片相交，根據(jù)所述第一豎直點云面片、第二豎直點云面片和所述水平面的相交線建立變形監(jiān)測坐標(biāo)系。
[0024]進一步，所述計算單元對判斷位于同一面片上的三維點云數(shù)據(jù)設(shè)置相同的屬性值，將屬性值相同的三維點云數(shù)據(jù)劃分為一個點云面片。
[0025]進一步，所述預(yù)設(shè)條件為:在基坑開挖過程中，沒有發(fā)生水平位移、豎直位移和變形。
[0026]進一步，所述計算單元首先計算所述第一豎直點云面片和所述第二豎直點云面片的第一相交線，定義所述第一相交線為所述變形監(jiān)測坐標(biāo)系的Z軸，其中，所述Z軸的正方向豎直向上，然后選擇位于同一水平線上的多個特征點，根據(jù)所述多個特征點擬合直線計算通過所述直線且與所述Z軸垂直的平面作為所述水平面，定義所述水平面與所述Z軸的交點為所述變形監(jiān)測坐標(biāo)系的原點，最后計算所述水平面與所述第一豎直點云面片和第二豎直點云面片相交的第二相交線和第三相交線，定義所述第二相交線和第三相交線分別為所述變形監(jiān)測坐標(biāo)系的X軸和Y軸。
[0027]進一步，所述計算單元還用于將所述三維激光掃描儀每次掃描所述變形體得到的坐標(biāo)，統(tǒng)一到所述變形監(jiān)測坐標(biāo)系下，計算變形量，判斷所述變形體是否發(fā)生變形。
[0028]根據(jù)本發(fā)明實施例的基于三維激光掃描的變形監(jiān)測坐標(biāo)基準(zhǔn)建立方法及裝置，通過三維激光掃描儀測量變形體的三維點云數(shù)據(jù)，然后建立統(tǒng)一且穩(wěn)定的變形監(jiān)測坐標(biāo)系作為監(jiān)測基準(zhǔn)，保證后續(xù)計算得到的變形測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，可以同時判斷變形體任意一點的變形值且監(jiān)測精度有保證，在監(jiān)測工作中發(fā)揮重要的作用。本發(fā)明既不需要人到達被監(jiān)測對象，從而大大降低監(jiān)測過程中的人身安全，也不需要再用全站儀進行測量標(biāo)靶而獲得測量基準(zhǔn)，從而大大簡化了三維激光掃描儀作業(yè)的操作方法，同時提高的基準(zhǔn)的精度。
[0029]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0030]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0031]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的基于三維激光掃描的變形監(jiān)測坐標(biāo)系建立方法的流程圖；
[0032]圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的變形監(jiān)測坐標(biāo)系的示意圖；
[0033]圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的基于三維激光掃描的變形監(jiān)測坐標(biāo)系建立裝置的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0034]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0035]由于激光掃描儀每次掃描數(shù)據(jù)所依賴的坐標(biāo)系統(tǒng)都是獨立的，在變形監(jiān)測過程中需要在同一坐標(biāo)系下對指變形體的坐標(biāo)進行對比，獲得變形體是否有變形。本發(fā)明提出了一種基于三維激光掃描的變形監(jiān)測坐標(biāo)系建立方法及裝置，用以建立統(tǒng)一的坐標(biāo)系對變形體的變形量進行計算。
[0036]如圖1所示，本發(fā)明實施例的基于三維激光掃描的變形監(jiān)測坐標(biāo)系建立方法，包括如下步驟:
[0037]步驟S1，利用三維激光掃描儀對變形體及周邊建筑物進行掃描，獲取三維點云數(shù)據(jù)。
[0038]步驟S2，利用三維點云數(shù)據(jù)建立變形體及周邊建筑物的三維模型。
[0039]步驟S3，對三維模型中的三維點云數(shù)據(jù)依據(jù)空間共面性進行分片，獲取多個點云面片。
[0040]在本步驟中，對判斷位于同一面片上的三維點云數(shù)據(jù)設(shè)置相同的屬性值，將屬性值相同的三維點云數(shù)據(jù)劃分為一個點云面片，即依據(jù)空間共面性對三維點云數(shù)據(jù)進行分片。
[0041]步驟S4，從多個點云面片中選擇符合預(yù)設(shè)條件的兩個互相垂直的點云面片。其中，選取的每個點云面片均為豎直面，分別記為第一豎直點云面片和第二豎直點云面片。
[0042]在本發(fā)明的一個實施例中，預(yù)設(shè)條件為:在基坑開挖過程中，沒有發(fā)生水平位移、豎直位移和變形。
[0043]步驟S5，選取水平面，水平面與第一豎直點云面片和第二豎直點云面片相交，根據(jù)第一豎直點云面片、第二豎直點云面片和水平面的相交線建立變形監(jiān)測坐標(biāo)系。
[0044]首先，計算第一豎直點云面片和第二豎直點云面片的第一相交線，定義第一相交線為變形監(jiān)測坐標(biāo)系的Z軸。其中，Z軸的正方向豎直向上。
[0045]然后，選擇位于同一水平線上的多個特征點，根據(jù)多個特征點擬合直線，計算通過直線且與Z軸垂直的平面作為水平面，定義水平面與Z軸的交點為變形監(jiān)測坐標(biāo)系的原點。
[0046]最后，計算水平面與第一豎直點云面片和第二豎直點云面片相交的第二相交線和第三相交線，定義第二相交線和第三相交線分別為變形監(jiān)測坐標(biāo)系的X軸和Y軸。
[0047]圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的變形監(jiān)測坐標(biāo)系的示意圖。其中，A為選擇的位于同一水平線上的特征點。該變形監(jiān)測坐標(biāo)系遵循笛卡爾坐標(biāo)系的右手法則。