[发明专利]一种基于三维激光扫描技术的隧道结构健康监测系统

权利要求书

1.一种基于三维激光扫描技术的隧道结构健康监测系统，其特征在于：包括测量数据采集以及预处理模块、与测量数据采集以及预处理模块连接的数据分析模块、以及与数据分析模块连接的智能预测模块；

所述测量数据采集以及预处理模块包括多传感器测量模块、控制和数据采集模块、以及数据预处理模块，所述测量数据采集以及预处理模块用于对目标物进行三维激光扫描产生点云数据并对点云数据预处理；

所述数据分析模块包括三维模型重建模块和有限元模型建立及修正模块，所述数据分析模块用于对三维激光扫描的结果进行3D模型重建；

所述智能预测模块用于对隧道模型未来各个时段的变形情况进行安全评估。

2.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描技术的隧道结构健康监测系统，其特征在于：所述多传感器测量模块包括激光扫描仪和工业相机，所述控制和数据采集模块包括控制台，来自多传感器测量模块的原始数据自动存储并备份至控制台的磁盘矩阵中；所述数据预处理模块从磁盘矩阵中读取数据，通过深度图像配准、平滑散乱点云数据和简化散乱点云数据，对点云数据进行预处理。

3.根据权利要求2所述的一种基于三维激光扫描技术的隧道结构健康监测系统，其特征在于：所述三维模型重建模块运用NURBS曲面算法对点云数据分块进行曲面拟合，对试验数据进行回归计算，得到试验条件下曲面模型中各参数的取值；然后，将分割的片面子集拼接，输出点云、三维模型和参数文件。

4.根据权利要求3所述的一种基于三维激光扫描技术的隧道结构健康监测系统，其特征在于：所述有限元模型建立及修正模块将设计模型或者其他初始模型进行三维重建，结合各项参数，进行有限元分析，得到材料的变形和裂缝结果；将三维激光扫描仪采集数据与有限元模型进行比对，从而修正有限元模型。

5.根据权利要求4所述的一种基于三维激光扫描技术的隧道结构健康监测系统，其特征在于：所述智能预测模块利用修正后的有限元模型，结合其他测量数据，综合分析以及预测腔道结构的风险系数，最后在显示器中显示三维模型图像和未来各个时段的评估报告以及解决方案。

6.根据权利要求5所述的一种基于三维激光扫描技术的隧道结构健康监测系统，其特征在于：所述智能预测模块根据预设参数建立FEM模型，分析结构变形情况，将FEM模型变形结果与3D模型进行比较，得出数值比较结果，以曲线或者云图的方式显示。

7.根据权利要求5所述的一种基于三维激光扫描技术的隧道结构健康监测系统，其特征在于：所述智能预测模块采用试验设计和回归分析方法，以显式的响应面模型逼近特征量与设计参数间的隐式函数关系，得到简化的结构模型，给出有限元模型修正过程，用数值模拟算例和3D模型结果，实现基于响应面模型的结构有限元模型修正。

8.根据权利要求7所述的一种基于三维激光扫描技术的隧道结构健康监测系统，其特征在于：所述智能预测模块利用修正后的FEM模型，智能预测隧道结构未来的变形情况，并进行状态分析，自动生成评估报告，结合国家有关建构物的标准提出建议。