一种基于三维激光扫描的拱桥变形监测方法及系统

本发明涉及拱桥监测，更具体的说是涉及一种基于三维激光扫描的拱桥变形监测方法及系统。

背景技术：

1、目前，拱桥指的是在竖直平面内以拱作为结构主要承重构件的桥梁，垂直荷载通过弯拱传递给拱台，最早并非用于园林造景，而是在工程中满足泄洪及桥下通航的目的。而对拱桥变形进行监测可以帮助工作人员及时发现桥梁的变形情况，保证桥梁的正常运行和安全性。

2、但是，常见的拱桥桥梁的变形模态测量方法主要还是基于离散测点的方法，主要使用千分表和全站仪两类仪器。千分表和全站仪的使用虽然具有一些优点，但仍存在如下缺点：1、监测过程中采集的点数量有限，存在较强的离散性，无法满足拱桥连续变形的要求；2、每次测量存在设站误差和人工测量误差，精度较低，不能满足大跨拱桥三维变形的高精度监测要求；3、现有的变形测量和数据处理方式尚未形成明确的、可供参考的步骤和要求，标准化程度不足；4、现有的测量方式主要依赖人工完成，导致在大跨径桥梁中单次测量的时间成本较高。

3、因此，如何提供一种能够解决上述问题的拱桥变形监测方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于三维激光扫描的拱桥变形监测方法及系统，减少现场设备布置的复杂程度，解决了传统方式测量点的密集程度不够的问题，同时还能达到亚毫米的高精度测量需求。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于三维激光扫描的拱桥变形监测方法，包括以下步骤：

4、s1：对待测拱桥进行三维激光扫描，得到对应的点云数据，并对所述点云数据进行预处理；

5、s2：利用所述s1得到的点云数据进行拟合，得到对应的拱圈底部拟合曲线以及拟合平面；

6、s3：将所述拱圈底部拟合曲线与所述拟合平面进行求解，得到对应的多个起拱点，并根据所述拱圈底部拟合曲线以及所述起拱点确定对应的多个观测点；

7、s4：多次重复s1-s3，根据得到的观测点确定所述待测拱桥的变形曲线。

8、优选的，所述s2包括：

9、s21：从所述s1得到的点云数据进行筛选，得到拱圈底部点云以及拱座的起拱面点云数据；

10、s22：对所述拱圈底部点云进行多项式曲线拟合，得到对应的拱圈底部拟合曲线；

11、s23：对所述起拱面点云数据进行平面拟合，得到对应的多个拟合平面。

12、优选的，所述s3包括：

13、s31：将所述拱圈底部拟合曲线与所述拟合平面进行求解，得到对应的多个起拱点；

14、s32：根据多个所述起拱点确定所述待测拱桥的拱圈底面拟合曲线段对应的弧长；

15、s33：将所述弧长划分为多个微段，得到对应的多个观测点以及多个所述观测点对应的观测点坐标，其中所述观测点坐标包括x坐标以及变形值。

16、优选的，所述s4包括：

17、s41：分别获取在不同时期下的点云数据，并将点云数据多次重复s1-s3，得到在不同时期下的观测点坐标；

18、s42：将所有观测点的x坐标与对应的变形值组成变形测点集，根据所述变形测点集得到所述待测拱桥的变形曲线。

19、优选的，所述s1包括：

20、s11：对待测拱桥进行三维激光扫描，得到对应的点云数据；

21、s12：构建所述待测拱桥的施工坐标系，并将所述点云数据转换至所述施工坐标系中；

22、s13：删除所述s11得到的点云数据中所包含的无关数据。

23、优选的，所述s12包括：

24、s121：分别在所述待测拱桥的前墙以及多个侧墙设置标靶坐标系；

25、s122：构建所述待测拱桥的施工坐标系；

26、s123：将位于所述标靶坐标系的所述点云数据转换至所述施工坐标系中。

27、本发明还提供一种基于三维激光扫描的拱桥变形监测系统，包括：

28、采集模块，用于对待测拱桥进行三维激光扫描，得到对应的点云数据，并对所述点云数据进行预处理；

29、拟合模块，用于利用所述点云数据进行拟合，得到对应的拱圈底部拟合曲线以及拟合平面；

30、求解模块，用于将所述拱圈底部拟合曲线与所述拟合平面进行求解，得到对应的多个起拱点，并根据所述拱圈底部拟合曲线以及所述起拱点确定对应的多个观测点；

31、变形曲线确定模块，用于在不同时期多次重复执行所述采集模块、所述拟合模块以及所述求解模块的功能，根据得到的观测点确定所述待测拱桥的变形曲线。

32、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于三维激光扫描的拱桥变形监测方法及系统，基于拱桥实际受力模式，在拟合出的拱桥线形里以等弧长法建立观测点从而获取拱桥连续性变形曲线，相比较于全站仪等传统方法，具有非接触、自动化、效率高，低人工的优势，考虑施工现场条件影响，反光片或棱镜的有效寿命以及未来施工更高精度变形曲线对于其表贴密度的要求，本发明提出的适用于拱桥的变形监测方法，减少现场设备布置的复杂程度，解决了传统方式测量点的密集程度不够的问题，同时还能达到亚毫米的高精度测量需求。

1.一种基于三维激光扫描的拱桥变形监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的拱桥变形监测方法，其特征在于，所述s2包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的拱桥变形监测方法，其特征在于，所述s3包括：

4.根据权利要求3所述的一种基于三维激光扫描的拱桥变形监测方法，其特征在于，所述s4包括：

5.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的拱桥变形监测方法，其特征在于，所述s1包括：

6.根据权利要求5所述的一种基于三维激光扫描的拱桥变形监测方法，其特征在于，所述s12包括：

7.一种利用权利要求1-6任一项所述的一种基于三维激光扫描的拱桥变形监测方法的监测系统，其特征在于，包括：