[发明专利]基于BIM和三维扫描的桥墩垂直度检测方法、系统及应用

权利要求书

1.一种基于BIM和三维扫描的桥墩垂直度检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1，根据施工要求建立理论有限元BIM模型，获取结构预期受力状态，初步分析桥梁施工过程风险；

S2，在预制梁场中，对预制件生产过程中植入RFID超高频标签，并将生产质量参数和设备信息植入到RFID超高频标签中；

S3，针对桥梁的不同构件和施工方案，进行现浇式和预制式构件三维激光扫描方案设计；

S4，确定现浇构件和梁场预制构件的全息摄影与数据传输方法；

S5，构建监测传感系统对分析数据进行三维分析；

S6，将不同物联设备获取的数据类型、数据体量均输入理论有限元BIM模型进行后处理分析，完成环数据及时采集、及时传输、及时分析；

S7，在预制梁场搭建全息三维扫描系统、全息摄影系统，在施工现场和预制梁场的构件中预埋应变传感器，搭建传感器网络；

S8，利用基于BIM和物联网的质量控制的技术构架，以及结合利用基于BIM的融入方法，对预制梁场的桥墩垂直度进行检测；

在步骤S8中，对预制梁场的桥墩垂直度进行检测包括以下步骤：

(1)采用扫描仪获取高墩密集点云数据；

(2)对点云数据预处理；

(3)沿墩身高度方向切片，分割成多个微段点云；

(4)获取各微段点云中心坐标；

(5)提取各微段中心点坐标及桥墩中心线；

(6)桥墩垂直度计算；

步骤(2)中，对点云数据预处理包括：

1)点云配准：假设两个含有n个三维特征点坐标的A矩阵、B矩阵，将A矩阵设为基础参照标准，B矩阵作为移动坐标矩阵，将B矩阵通过坐标转换，使所有的特征点坐标以最小的误差对准A矩阵坐标；令

C＝T_θ×T_α×T_β×T_P×B(1)

其中A矩阵、B矩阵为两个已知的n×m坐标矩阵，C矩阵为旋转平移后的矩阵，n为选取的公共特征点的个数，为使坐标矩阵与旋转平移矩阵齐次，m为比特征点空间维度大一的数，此处，m＝4；

其中T_x、T_y、T_z依次为绕X、Y、Z坐标轴的旋转矩阵，TP为平移矩阵；

其中，(1)式中x、y、z依次为绕X、Y、Z轴旋转的角度，γ、λ、μ依次为沿X、Y、Z方向平移的距离；转换之后的矩阵C与原始矩阵A之间存在着误差，则D为误差矩阵，建立拼接误差函数如式(2)；

2)点云降噪：扫描点云包括墩身以外的其它杂点，对杂点进行提剔除，同时对扫描过程中产生的噪点数据进行降噪处理，采用高斯滤波法进行平滑处理，以高斯滤波器在指定区域内将高频的噪声滤除。

2.根据权利要求1所述的基于BIM和三维扫描的桥墩垂直度检测方法，其特征在于，在步骤S2中，RFID超高频标签结合建立的理论有限元BIM模型赋予每个预制梁唯一的身份标识，并将该唯一的身份标识和相应的安装位置、安装条件写入到预制件的RFID超高频标签中。

3.根据权利要求1所述的基于BIM和三维扫描的桥墩垂直度检测方法，其特征在于，步骤(3)中，沿墩身高度方向切片，分割成多个微段点云包括：沿桥墩高度方向间隔一段距离进行剖切，获取节段点云数据，对每段点云数据投影到xoy平面，得到闭合线框的墩身刨面图。

4.根据权利要求1所述的基于BIM和三维扫描的桥墩垂直度检测方法，其特征在于，步骤(4)中，获取各微段点云中心坐标包括：求取闭合相框中心点为桥墩节段中心点，对每节段数据提取中心点坐标为桥墩中心线；

步骤(5)中，提取各微段中心点坐标及桥墩中心线包括：对每个节段点云数据拟合边界线，两两相交获取四个角点坐标，对角线连线所得交点为中心点。