CN108509696A - 基于三维激光扫描技术的古建筑健康监测方法及装置 - Google Patents

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左光之
金乃玲
杜世泳
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Abstract

一种基于三维激光扫描技术的古建筑健康监测方法及装置，包括获取古建筑的结构坐标信息和材质信息；根据预设的古建筑物健康评判规则，获取对所述古建筑的结构坐标信息和材质信息的评判结果；输出所述评判结果步骤。通过获取古建筑的结构坐标信息和材质信息，全面分析反映古建筑健康的各项参数，再对各项参数分别进行评判，综合对比得出古建筑的健康情况；在获取古建筑结构坐标信息时通过第一获取单元和第二获取单元分别进行获取，实现了对古建筑细节结构坐标信息的获取，克服了扫描仪无法扫描到的死角的不足。

Description

基于三维激光扫描技术的古建筑健康监测方法及装置
技术领域
本发明涉及激光扫描技术领域，具体涉及一种基于三维激光扫描技术的古建筑健康监测方法及装置。
背景技术
三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项高新技术，又被称做实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它无需接触扫描文物表面，突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。该技术作为获取空间数据的有效手段，已越来越被人们所重视，其精确、快速、操作便捷等优势应用在众多领域，在工业测量系统、文物修复、大型建筑物形变测量等方向发挥着重要的作用。
申请号CN201510279720.0公开了一种基于三维激光扫描技术的建构物健康监测系统，该系统中包括数据采集以及预处理模块，数据分析模块和智能预测模块，数据采集以及预处理模块所采集的建构物数据在数据分析模块中进行分析处理，智能预测模块结合数据分析结果以及所述数据采集以及预处理模块所采集的数据综合分析进而监测和评估建构物。数据采集以及预处理模块通过三维激光扫描仪对工程结构进行扫描，得到工程结构各区域点云数据。但是在其说明书中未公开数据采集以及预处理模块通过三维激光扫描仪如何获取工程结构各区域点云数据，使用普通三维激光扫描仪对工程结构进行扫描时，由于建筑物结构复杂，可能会存在诸多扫描仪无法扫描到的死角，致使收集到的数据不够全面，不能准确的反映工程结构的健康情况。同时该系统主要完成对工程结构轮廓进行分析，我们知道工程结构寿命或者安全性一方面受结构影响，另一方面随着时间的推移，材料逐渐发生老化、腐朽，特别是对于木质类古建筑，更需要从材料本身进行全方位检测分析。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供一种基于三维激光扫描技术的古建筑健康监测方法及装置，旨在解决现有技术不能全面的收集与建筑物健康的相关数据的不足。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种基于三维激光扫描技术的古建筑健康监测方法，包括以下步骤：
获取古建筑的结构坐标信息和材质信息；
根据预设的古建筑物健康评判规则，获取对所述古建筑的结构坐标信息和材质信息的评判结果；
输出所述评判结果。
所述古建筑的结构坐标信息通过第一获取单元和第二获取单元进行获取，所述第一获取单元对古建筑外围结构坐标信息进行获取，所述第二获取单元对古建筑内部细节结构坐标信息进行获取，第二获取单元获取的古建筑内部细节结构坐标信息与第一获取单元获取的古建筑外围结构坐标信息通过坐标转化得到古建筑的结构坐标信息。
所述第一获取单元、第二获取单元分别包括测量单元、采集单元和处理单元。所述测量单元通过三维激光扫描仪对古建筑进行扫描，所述采集单元对所述测量单元量测到的数据进行采集，所述处理单元对所述采集单元采集到的数据进行处理，包括坐标的筛选、校正、构建。
所述古建筑的材质信息包括材料成分、材料年代、材料损伤信息。
所述古建筑物健康评判规则包括结构评判规则和材质评判规则。
所述结构评判规则包括：
(1)三维模型重建步骤；
(2)标准模型重建步骤；
(3)三维模型和标准模型比对步骤。
所述三维模型重建步骤通过运用NURBS曲面算法对结构坐标信息进行曲面拟合并回归计算，得到三维模型；所述标准模型重建步骤通过对三维模型进行有限元分析得到标准模型，所述三维模型和标准模型比对步骤通过将三维模型与标准模型进行比对，从而修正三维模型，得出古建筑结构坐标信息的评判结果。
所述材质评判规则通过将古建筑材料成分、材料年代、材料损伤信息在建立的古建筑三维模型和标准模型上分别进行计算机模拟并比对，得出古建筑材质信息的评判结果。
一种基于三维激光扫描技术的古建筑健康监测装置，包括古建筑的结构坐标信息和材质信息获取单元，评判结果获取单元，评判结果输出单元；所述古建筑的结构坐标信息和材质信息获取单元获取古建筑的结构坐标信息和材质信息，所述评判结果获取单元根据预设的古建筑物健康评判规则，获取对所述古建筑的结构坐标信息和材质信息的评判结果，所述评判结果输出单元输出所述评判结果。
本发明的有益效果为：通过获取古建筑的结构坐标信息和材质信息，全面分析反映古建筑健康的各项参数，再对各项参数分别进行评判，综合对比得出古建筑的健康情况，相比于仅对结构进行分析，数据更为全面，更能准确的反映出古建筑的健康水平，以便于对古建筑采取相应的保护措施；在获取古建筑结构坐标信息时通过第一获取单元和第二获取单元分别进行获取，实现了对古建筑细节结构坐标信息的获取，克服了扫描仪无法扫描到的死角的不足。
附图说明
图1为本发明基于三维激光扫描技术的古建筑健康监测方法的流程图；
图2为本发明基于三维激光扫描技术的古建筑健康监测装置示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图，进一步阐述本发明。
图1示出了本发明基于三维激光扫描技术的古建筑健康监测方法的实现流程，详述如下：
步骤S101中，获取古建筑的结构坐标信息和材质信息。
其中，古建筑的结构坐标信息通过第一获取单元和第二获取单元进行获取，所述第一获取单元对古建筑外围结构坐标信息进行获取，所述第二获取单元对古建筑内部细节结构坐标信息进行获取，第二获取单元获取的古建筑内部细节结构坐标信息与第一获取单元获取的古建筑外围结构坐标信息通过三维坐标转化得到古建筑的结构坐标信息。
第一获取单元、第二获取单元分别包括测量单元、采集单元和处理单元。测量单元通过三维激光扫描仪对古建筑进行扫描，采集单元对所述测量单元量测到的数据进行采集，处理单元对所述采集单元采集到的数据进行处理，包括坐标的筛选、校正、构建。
古建筑的材质信息包括材料成分、材料年代、材料损伤信息。
步骤S102中，根据预设的古建筑物健康评判规则，获取对所述古建筑的结构坐标信息和材质信息的评判结果。
其中，古建筑物健康评判规则包括结构评判规则和材质评判规则。
所述结构评判规则包括：
(1)三维模型重建步骤；
(2)标准模型重建步骤；
(3)三维模型和标准模型比对步骤。
所述三维模型重建步骤通过运用NURBS曲面算法对结构坐标信息进行曲面拟合并回归计算，得到三维模型；所述标准模型重建步骤通过对三维模型进行有限元分析得到标准模型，所述三维模型和标准模型比对步骤通过将三维模型与标准模型进行比对，从而修正三维模型，得出古建筑结构坐标信息的评判结果。
所述材质评判规则通过将古建筑材料成分、材料年代、材料损伤信息在建立的古建筑三维模型和标准模型上分别进行计算机模拟并比对，得出古建筑材质信息的评判结果。
步骤S103中，输出所述评判结果。
图2示出了本发明基于三维激光扫描技术的古建筑健康监测方法的装置，包括古建筑的结构坐标信息和材质信息获取单元201，评判结果获取单元202，评判结果输出单元203；古建筑的结构坐标信息和材质信息获取单元201获取古建筑的结构坐标信息和材质信息，评判结果获取单元202根据预设的古建筑物健康评判规则，获取对所述古建筑的结构坐标信息和材质信息的评判结果，评判结果输出单元203输出所述评判结果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种基于三维激光扫描技术的古建筑健康监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取古建筑的结构坐标信息和材质信息；
根据预设的古建筑物健康评判规则，获取对所述古建筑的结构坐标信息和材质信息的评判结果；
输出所述评判结果。
2.如权利要求1所述的基于三维激光扫描技术的古建筑健康监测方法，其特征在于：所述古建筑的结构坐标信息通过第一获取单元和第二获取单元进行获取，所述第一获取单元对古建筑外围结构坐标信息进行获取，所述第二获取单元对古建筑内部细节结构坐标信息进行获取，第二获取单元获取的古建筑内部细节结构坐标信息与第一获取单元获取的古建筑外围结构坐标信息通过坐标转化得到古建筑的结构坐标信息。
3.如权利要求2所述的基于三维激光扫描技术的古建筑健康监测方法，其特征在于：所述第一获取单元、第二获取单元分别包括测量单元、采集单元和处理单元；所述测量单元通过三维激光扫描仪对古建筑进行扫描，所述采集单元对所述测量单元量测到的数据进行采集，所述处理单元对所述采集单元采集到的数据进行处理，包括坐标的筛选、校正、构建。
4.如权利要求1所述的基于三维激光扫描技术的古建筑健康监测方法，其特征在于：所述古建筑的材质信息包括材料成分、材料年代、材料损伤信息。
5.如权利要求1所述的基于三维激光扫描技术的古建筑健康监测方法，其特征在于：所述古建筑物健康评判规则包括结构评判规则和材质评判规则。
6.如权利要求1所述的基于三维激光扫描技术的古建筑健康监测方法，其特征在于，所述结构评判规则包括：
(1)三维模型重建步骤；
(2)标准模型重建步骤；
(3)三维模型和标准模型比对步骤；
所述三维模型重建步骤通过运用NURBS曲面算法对结构坐标信息进行曲面拟合并回归计算，得到三维模型；所述标准模型重建步骤通过对三维模型进行有限元分析得到标准模型，所述三维模型和标准模型比对步骤通过将三维模型与标准模型进行比对，从而修正三维模型，得出古建筑结构坐标信息的评判结果。
7.如权利要求1所述的基于三维激光扫描技术的古建筑健康监测方法，其特征在于：所述材质评判规则通过将古建筑材料成分、材料年代、材料损伤信息在建立的古建筑三维模型和标准模型上分别进行计算机模拟并比对，得出古建筑材质信息的评判结果。
8.一种基于三维激光扫描技术的古建筑健康监测装置，包括古建筑的结构坐标信息和材质信息获取单元，评判结果获取单元，评判结果输出单元；所述古建筑的结构坐标信息和材质信息获取单元获取古建筑的结构坐标信息和材质信息，所述评判结果获取单元根据预设的古建筑物健康评判规则，获取对所述古建筑的结构坐标信息和材质信息的评判结果，所述评判结果输出单元输出所述评判结果。
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