[发明专利]一种拱轴线提取方法及装置

说明书

本发明实施例提供一种拱轴线提取方法及装置，能够提升拱轴线提取的精度。方法包括：获取拱圈的三维点云模型，所述拱圈为拱桥中的任意一个拱圈；基于预设的拱轴线方程、点云数据集及距离容差向量对所述三维点云模型进行拱轴线提取，得到至少两个目标拱轴线；将所述至少两个目标拱轴线中精度最高的目标拱轴线确定为提取结果。

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其涉及一种拱轴线提取方法及装置。

背景技术

随着运营时间增长，受环境条件、荷载作用和人为因素的影响，拱桥结构状态不可避免会发生改变，与其设计状态或竣工初始状态存在偏差。而对拱桥结构进行维修加固的前提是掌握其现有结构状态，其中最为关键的是获取其当前拱轴线的线形，因为，拱轴线的变化不仅是拱桥结构几何构型发生改变的直接体现，同时也反映了拱桥结构受力性能和安全状态的变化。因此，针对现实中的现代混凝土拱桥、钢管混凝土拱桥，抑或是古代石拱桥等，在进行拱桥结构检测时，首要工作内容就是通过合适的测绘手段获取其拱轴线，在得到拱桥拱轴线之后，就可以十分快速方便地得到拱桥的矢高、跨径、矢跨比等结构参数。

然而，传统测绘手段，如皮尺、水准仪、经纬仪、全站仪等在进行测量时，存在如下问题：(1)传统测绘手段使用不便，如全站仪测量时需在拱桥的拱圈上布置棱镜，对于高度较高或跨度较大的拱桥，安装棱镜极为不便；(2)传统测绘手段仅能获取拱圈上若干有限测点的空间位置数据，对于具有曲线几何构型的拱桥而言，由有限测点的空间位置数据得到的拱轴线精度较低，难以准确反映拱桥的真实状态。

近年来飞速发展的三维激光扫描技术具有效率高、非接触、自动化、精度高和全覆盖等优势，已在桥梁变形监测领域得到了应用，三维激光扫描是利用激光对物体表面进行扫描从而获得物体表面几何特征信息的技术，能够得到具有复杂表面外形物体的三维点云数据和模型，上述技术优势与特点使其在拱桥变形检/监测中具有极大的应用潜力。然而，三维激光扫描技术得到的点云数据量巨大，无法直接获知某个点云数据点在物体表面的具体位置，导致利用三维点云数据提取拱桥的拱轴线存在如下问题：由于三维点云数据量较大，拱圈边缘附近的数据点极为密集，人工难以分辨某个数据点属于拱腹、侧墙或拱圈，使得人工手动提取拱轴线的困难极大，导致拱轴线提取的精度难以保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种拱轴线提取方法及装置，能够提升拱轴线提取的精度。

本发明实施例提供一种拱轴线提取方法，包括：

获取拱圈的三维点云模型，所述拱圈为拱桥中的任意一个拱圈；

基于预设的拱轴线方程、点云数据集及距离容差向量对所述三维点云模型进行拱轴线提取，得到至少两个目标拱轴线；

将所述至少两个目标拱轴线中精度最高的目标拱轴线确定为提取结果。

可选地，所述基于预设的拱轴线方程、点云数据集及距离容差向量对所述三维点云模型进行拱轴线提取，得到至少两个目标拱轴线，之前包括：

预设拱轴线方程、点云数据集及距离容差向量；

其中，所述拱轴线方程包括圆弧线拱方程、抛物线拱方程和悬链线拱方程中的至少一个；

所述点云数据集为从所述三维点云模型中选取的多个点云数据组成的数据集；

所述距离容差向量表示为u＝[u₁,u₂,…,u_m]，向量u的长度为m，向量u表示提取拱轴线时需对所述拱轴线方程进行m次拟合，u₁为0，u₂到u_m逐渐减小，m为大于等于2的整数。

可选地，若所述拱轴线方程为圆弧线拱方程、抛物线拱方程和悬链线拱方程中的任意一个，则所述基于预设的拱轴线方程、点云数据集及距离容差向量对所述三维点云模型进行拱轴线提取，得到至少两个目标拱轴线，包括：