三维激光扫描技术在公路隧道施工监测中的应用研究

以某一隧道工程施工监测为对象,提出一种基于三维激光扫描技术的隧道断面变形监测。采用隧道外强制对中装置,将测量控制装置置于墙体有效的避免控制点变形而影响测量精度;采用全局拼接方法,通过在隧道两端设定标靶,实现点云各点三维坐标属性、反射强度、三维真彩色信息集合;通过隧道分割,根据三维不变矩平移旋转稳定特性,提取隧道中轴线姿态;利用MDP法(最小距离投影算法)进行隧道断面三维变形计算,确定隧道收敛和扩张变形量。通过降低区段选取长度,对区段间的点云信息抽稀,降低点云的密度。对比未进行抽稀和局部测量的激光扫描数据,可以发现采用该方式有效降低了监测过程中变形信号的标准差,缩短了计算量,提高了测量精度。     

基于三维点云模型的拱桥空间形态识别与分析

为实现某跨河六孔拱桥的空间形态识别与变化分析,在相隔6个月的2个时间点对该桥进行三维激光扫描,获取2种不同状态下全桥三维点云模型;比较2次点云模型中拱肋部分相同纵桥向位置处的多点高程坐标值,得到拱桥上部结构该时间段内的空间形态变化情况。结果表明,该拱桥拱肋竖向线形未发生明显变化,整体变形处于较低水平;三维激光扫描技术可迅速建立拱桥三维点云模型,且通过点云模型差异分析可得到关键构件空间形态,实现对拱桥空间形态变化的有效监测。     

三维激光扫描技术在市政道路工程中的应用

在市政道路工程中,传统的地形测量方式工作效率较低,外业测量人员工作强度大。三维激光扫描技术具有扫描速度快、高分辫率、非接触式测量优势,能够快速完整的记录被测物体表面的复杂纹理。将三维激光扫描技术应用于地形测绘可以减轻外业工作量有效提高外业测量的工作效率。结合三维激光扫描系统的组成和工作原理,优化点云数据的处理过程和方法,研究了三维激光扫描技术在市政道路工程测量应用中的技术特性,并结合工程案例析了实现过程和效果。研究表明,利用激光三维扫描技术获取的空间点云数据,可以快速生成满足工程设计所需要的地形图,以及纵横断面等产品,能有效提高外业测量工作效率。     

基于3D激光扫描的钢桥塔节段虚拟装配方法

针对桥梁预制钢构件在预装配工序缺乏数字化检测和控制整体装配误差有效技术手段等问题,提出一种基于3D激光扫描的钢桥塔节段虚拟装配方法.该方法首先针对大尺寸钢桥塔节段提出基于标靶拼接的部分特征点云扫描方案,获取其点云数据并进行逆向建模;然后,以钢桥塔节段装配面形心重合和扭转偏差最小化为手段,通过对节段关键点的制导完成钢桥塔...     

三维激光扫描技术在城市古桥保护中的应用探讨——以渭源灞陵桥为例

随着科技的发展,三维激光扫描技术在对建筑物进行数据采集工作中体现出一定优势.甘肃省渭源县灞陵桥是全国独一无二的纯木质伸臂叠梁拱桥,因其高超的建构艺术和科学价值而久负盛名.以渭源县灞陵桥为例,基于三维激光扫描技术对古桥进行点云数据的采集与处理,并依托点云数据对该古桥的数字化保护进行应用与探讨.     

三维激光扫描仪在隧道工程建设中的应用

基于下穿既有公路的铁路隧道工程建设,对三维激光扫描仪ILRIS—3D在铁路隧道建设中的应用进行了研究。通过分析三维激光扫描仪原理、ILRIS—3D扫描仪应用范围和特点,以上海某下穿既有公路的铁路隧道为研究对象,该段隧道长度为65.2 m,选取中分辨率进行扫描,在满足精度要求下,中分辨率扫描时间为151.1min,测站间距为13.79 m。隧道进行扫描测量时,分别在前端、中端、末端布设控制点,配准后,最大点位误差控制在0.003 1 m内,满足地铁隧道工程测量的需要。并结合全站仪,进行三维激光扫描作业,通过工程控制点坐标,进行点云配准,提高测量效率和精度。     

浙江路桥大修工程的数字化实践与应用

随着数字化技术在桥梁工程中的快速发展，越来越多的桥梁在设计阶段和施工阶段都有深度运用，但是桥梁大修工程中的应用目前较少^[1-2]。依托浙江路桥大修工程，详细介绍了文物铆钉钢桁架桥大修过程中的数字化应用，如三维模型参数化建立、方案三维动态模拟、三维激光点云扫描、手持式白光扫描等，为以后类似桥梁的修缮提供一定的数字化参考。     

点云数据规则表面提取和空间仿真的应用研究

随着工程数字化及BIM设计的不断发展,3D测量在项目中的应用已不可或缺。在三维激光扫描点云处理中,以规则表面(平面、圆柱面、球面)的法向量和主曲率为参数建立了规则几何表面自动提取的数学模型,并对利用该模型提取的表面同名点距离与精密全站仪测距结果进行了模型精度对比分析。通过点云数据去噪、降采样、规则几何表面自动提取,结合3D贴图、渲染等操作,以某大楼空间仿真为实例,得到了一种厘米级的点云数据规则表面提取和空间仿真的应用方法。     

三维激光扫描技术在大型桥梁结构健康监测中的应用研究

为了方便准确实现对越江大型桥梁结构几何参数的测量,提出一种基于三维激光扫描技术的非接触性测量方法,该方法现场利用三维激光扫描获取点云数据,后期使用点云数据建立三维模型,从而获取待测几何参数。介绍了三维激光扫描技术现场采集以及数据处理的原理以及测量方法,并使用该技术对越江大型桥梁的高墩垂直度、悬索桥主缆线形、吊杆拱桥拱肋线形进行了测量,证明了该技术应用于大型桥梁几何参数测量中的优势。     

一种真圆型隧道激光扫描断面变形检测新方法的研究

本文介绍了一种基于高密度三维激光扫描仪的高精度快速全断面变形检测新方法——Tunnelscan隧道扫描测量系统,该系统采用扫描仪绝对定位法进行点云配准和隧道控制坐标系坐标传递,使用与断面点距离最小的最小二乘法进行隧道实测断面中心点计算和基于与参考断面的断面差环状过滤器进行隧道点云切片杂点过滤,通过多次过滤、拟合迭代后获得去噪后的真圆管环实测断面。该系统还通过参考断面轮廓线投影法将三维点云投影成激光雷达隧道正射影像,为实现隧道结构安全"全面检测"提供了一种全新用户成果类型,用于全面分析隧道断面变形、结构侵界和裂缝渗水等隧道病害。采用该方法在昆明地铁3号线马眠区间做了一段竣工测量实地测试,经过总体分析后,再按图索骥去找断面变形量较大里程的断面图可谓是事半功倍,非常适合地铁隧道变形检测大数据量的批量化分析,而且成果查看比直接在三维点云或者三维模型上分析更加直观,没有视角遮挡问题。     

基于三维锥形栅格的激光点云语义分割方法EI北大核心CSCD

激光点云语义分割是自动驾驶系统中道路场景感知的重要分支。虽然主流方法将点云转换为规则的二维图像或笛卡尔栅格进行处理,减少因点云非结构化所带来的计算量,但二维图像方法不可避免地改变点云的三维几何拓扑结构,而笛卡尔栅格忽略了室外激光点云的密度不一致性,从而限制了包括行人和自行车等小物体的语义分割能力。因此,本文中提出了一种基于三维锥形栅格和稀疏卷积的激光点云语义分割方法,利用锥形栅格分区解决了点云的稀疏性和密度不一致的问题;为提高模型推理速度,设计了重参数化三维稀疏卷积网络。在SemanticKITTI和nuScenes两个大规模数据集上对所提方法进行评估。结果表明,与目前最新的点云分割方法相比,所提方法的平均交并比分别提升了1.3%和0.8%,尤其对小物体识别有显著的提升。     

基于实测点云数据的隧道分割及形变检测方法

为了解决隧道形变检测准确性低、分析不全面的问题,对隧道三维点云轴线提取、隧道影像生成及分割、隧道点云数据分割和隧道断面形变检测等方面进行研究。对于三维激光扫描仪获取到的隧道原始点云数据,首先基于设计轴线,对RANSAC算法进行改进,来拟合等间距隧道断面圆心,并采用基于最小二乘优化的3次B样条曲线拟合方法,获取隧道实测轴线;其次,通过从点云数据到影像的数据转换方法,生成隧道反射率影像,并进一步利用点云数据几何特征生成几何权重图,应用边界检测提取隧道影像中的边界线;然后,将边界线像素映射至隧道三维点云数据空间,实现隧道点云数据的分割;最后,设计一种精确的隧道断面形变分析方法,分析断面形变。试验表明:本算法可精确分割隧道点云数据,提高隧道断面形变检测的准确度和可靠性。     

基于Catia的点云逆向设计

在汽车产品设计开发中,为了验证和评审产品的三维造型,通常按照1:1的比例制作模型,模型评审冻结后,用三维激光扫描仪扫描模型表面,获得点云。点云导入Catia软件后,通过逆向设计得到模型的表面数据,为后续结构设计、模具和检具开发,提供了数据来源。文章以某卡车的门护板点云逆向设计为例,详细阐述了逆向设计过程中的点云编辑、建模、精度分析和逆向数据质量检查的方法。     

软岩隧道三维扫描变形监测技术的试验研究

为解决传统监测技术单点监测无法满足软岩隧道整体性变形监测的局限性,采用三维激光扫描技术进行软岩隧道整体性变形监测试验,从隧道结构的变形时间、变形空间分布及变形量进行整体分析。首先建立全站仪和三维激光扫描仪测量误差模型,分析三维扫描监测技术与传统隧道监测技术的特点,通过平面标靶和棱镜靶球精度试验得出平面标靶最佳入射角范围小于60°,棱镜靶球自动提取距离不大于45 m,作为测站设置和控制点布设的依据; 然后以渭武高速木寨岭隧道2号斜井工程为依托,开展软岩隧道三维扫描变形监测技术的试验研究。研究结果表明： 中台阶开挖支护前已发生较大变形,最大变形位置为左侧上台阶与中台阶交界处,空间分布呈左大右小,试验段最大累计变形达0.48 m,下台阶及时封闭成环及2层初期支护有利于变形控制。     

基于自适应阈值DBSCAN的路侧点云分割算法

针对路侧采集的激光雷达点云数据随距离增大而密度下降导致同一目标的点云被分割成多个目标的问题,提出了一种基于自适应阈值DBSCAN的路侧点云分割算法。首先,使用改进GPF和直通滤波对采集的路侧点云进行过滤,提取出道路区域上的非地面点云;然后,基于有效距离和sigmoid函数构建自适应系数函数,对DBSCAN聚类算法集群生长中近邻点搜索时半径阈值的选取规则进行优化;最后,利用自适应阈值DBSCAN聚类算法对非地面点进行聚类,得到隶属于单个目标的点云。采集了1 055帧真实场景的连续数据进行测试,结果显示：C-H系数平均约增加3倍、D-B系数平均减少4.52%、轮廓系数平均增加77.78%,这表明基于自适应阈值DBSCAN的分割算法能提高点云簇的类内一致性和类间差异性,有效减少路侧激光雷达点云的过分割现象,具有较高的工程应用价值。     

基于三维激光扫描的钢桁拱桥吊索塔架施工线形监测研究

为确保悬臂拼装钢桁拱桥施工的安全性与精准性,以主跨436 m的中承式钢桁拱桥——广州明珠湾大桥吊索塔架施工为背景,运用三维激光扫描技术对吊索塔架进行多工况线形监测,结合多点位多视角监测与智能点云数据处理,进行吊索塔架垂直度指标计算,并与全站仪测量结果对比.结果表明:三维激光扫描技术可直观表达吊索塔架空间姿态与构造形式,...     

基于三维激光扫描技术的高速公路滑坡体建模及应用

三维激光扫描技术作为一项新兴的测量技术,目前已在滑坡监测等领域广泛使用。本文采用Leica Nova MS50三维激光扫描仪对陕西省渭玉高速公路工程处治滑坡进行野外数据采集;使用Geomagic Studio软件对点云数据进行预处理,构建滑坡体的三维模型;利用最优密度点云数据创建DEM,进行滑坡体等高线、前缘剖面和微地形因子的提取与分析,为滑坡监测预警提供数据支撑。     

汽车复杂曲面零件的快速参数化逆向设计分析

逆向设计的关键流程有点云数据的采集、点云数据的预处理和逆向建模。本文主要是使用逆向设计技术对汽车零部件转子式机油泵壳体（下文简称壳体）的逆向建模。其具体的设计流程是先分析点云数据的采集方式，然后利用实验室的三维扫描设备来确定具体需要使用什么样的采集方式，并采用杭州先临三维科技股份有限公司生产的Shining3D-Scanner双目型三维扫描仪来采集壳体的三维点云数据，然后利用逆向软件Geomagic Wrap来初步处理采集到的点云数据，其中需要处理的部分包括去除体外孤点、减少噪声、删除钉状物、填充孔洞、网格松弛和去除特征等，最后使用逆向软件Geomagic Design X对经过预处理的三角面片模型进行曲面重构（逆向建模）并得到重构的壳体的实体模型。     

三维激光扫描技术与数码影像地质编录系统隧道围岩信息采集应用对比研究

通过现场试验,将三维激光扫描技术与数码摄影地质编录进行应用对比,了解三维激光扫描技术在隧道掌子面及边墙地质信息提取的应用效果,根据现场实际需求情况,将两者优势进行集成,为开发新型隧道地质编录系统开拓思路。试验证明： 利用现有三维激光扫描软件系统,实现如地质产状等信息的自动提取还有一定距离,但经过后期软件开发,利用激光回波强度分析、点云数据处理等,三维激光扫描技术具有产状自动识别、岩层厚度计算、掌子面前方产状预测等潜在优势。现有数码摄影地质编录系统也无法进行编录要素自动提取,但现场边墙编录效果好于三维激光扫描技术。     

基于实测点云的装配式铺面虚拟装配技术

装配式铺面在施工时可能会由于装配空间不匹配造成装配失败。文中基于三维扫描设备获取实测点云,提出一种装配式铺面虚拟装配技术。基于点云采样、降噪、分割与特征提取等技术,提出装配式铺面板与装配空间的三维重构方法。在CATIA软件中通过虚拟装配实现了装配干涉检测,并在干涉查询表中给出解决方案。