CN109374043A - 一种基于bim的运营桥梁多源检测系统及检测方法 - Google Patents

一种基于bim的运营桥梁多源检测系统及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于BIM的运营桥梁多源检测系统及检测方法，基于BIM技术，将无人机与三维激光检测技术集成应用于桥梁病害检测，极大的提高了桥梁巡检效率与精度；提出了一种基于亚像素差值的图像处理方法，在一定程度上解决了现有硬件设备精度不足的缺点；本发明极大的提高了桥梁的运维检查效率，实现了桥梁运维养护决策系统的信息化与智能化程度，使桥梁运维决策更加科学。

Description

一种基于BIM的运营桥梁多源检测系统及检测方法
技术领域
本发明涉及桥梁检测与安全评价技术领域，尤其是一种基于BIM的运营桥梁多源检测系统及检测方法。
背景技术
目前，桥梁基础设施的运维养护技术需求逐渐增强，而运维养护工作仍沿用人工检测、经验决策与处治的模式，存在检测效率低，速度慢、容易受到人为因素影响产生病害检测偏差，检测文档数据难以形成链条进行分析，养护数据分散、病害难以准确可视化呈现等问题。无法很好的适应于当前的信息化工程的进程，使桥梁后期的养护决策缺少最基本的精确且全面的养护数据。
当前，无人机航测技术逐渐被应用于交通基础设施的病害检测过程中，它可以基于人工远程控制快速的完成对物体现有表面信息的提取，但在其应用于桥梁病害检测时，往往只能获取桥梁表面的病害信息，且多集中于桥梁上部与两侧，缺少桥梁下部受到遮挡部分的信息及桥梁内部的力学相应数据，无法独立全面的完成桥梁病害的快速检测工作。除此之外，无人机低空航测的图像精度受到当前硬件设施的制约，往往一个图像像素点即跨越整个细小裂缝的宽度，裂缝的精确测量数据难以获得。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于BIM的运营桥梁多源检测系统及检测方法，极大的提高了桥梁的运维检查效率，实现了桥梁运维养护决策系统的信息化与智能化程度，使桥梁运维决策更加科学。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于BIM的运营桥梁多源检测系统，包括：桥梁病害动态监测系统，检测信息精细化处理与统计系统和性能评估与预警系统三个子系统；其中，桥梁病害动态监测系统包括地面远程控制系统、无人机扫描系统、三维激光扫描系统和光纤光栅检测系统，地面远程控制系统控制无人机扫描系统对桥梁进行航测、控制三维激光扫描系统对桥梁进行扫描以及控制光纤光栅检测系统持续监测桥梁的力学响应数据，并将所获得的数据传送到检测信息精细化处理与统计系统和性能评估与预警系统；
检测信息精细化处理与统计系统包括图像识别模块、信息统计模块、亚像素处理模块和BIM可视化展示模块，图像识别模块、信息统计模块和亚像素处理模块对桥梁病害动态监测系统传送来的数据进行处理后，由BIM可视化展示模块建立桥梁BIM模型；
性能评估与预警系统包括桥梁使用性能评估系统、桥面铺装层使用性能评估系统和桥梁安全性预警系统，桥梁使用性能评估系统和桥面铺装层使用性能评估系统通过对桥梁病害动态监测系统传送来的数据进行分析，得到量化的桥面铺装层与桥梁结构性能评价指标，桥梁安全性预警系统结合桥梁BIM模型和量化的桥面铺装层与桥梁结构性能评价指标，判断并作出预测和预警。
相应的，一种基于BIM的运营桥梁多源检测系统的检测方法，包括如下步骤：
(1)桥梁病害动态监测系统中的地面远程控制系统分别向无人机扫描系统和三维激光扫描系统发送所需检测的桥梁部分的位置信息，并控制光纤光栅检测系统续动态监测桥梁及桥面铺装层的力学响应数据；无人机扫描系统、三维激光扫描系统和光纤光栅检测系统将所得数据实时传送到检测信息精细化处理与统计系统和性能评估与预警系统；
(2)检测信息精细化处理与统计系统中的图像识别模块接受桥梁病害动态监测系统传送来的数据并进行分类，将不同类型的桥梁检测数据分类储存至对应的信息统计模块中，同时将裂缝信息传送到亚像素处理模块中进行亚像素处理；分类后的桥梁检测数据和亚像素处理后的裂缝信息传送到BIM可视化展示模块后，完成对数据的统计并建立数据实时更新的桥梁BIM模型；
(3)性能评估与预警系统中的桥梁使用性能评估系统、桥面铺装层使用性能评估系统接收桥梁病害动态监测系统传送来的数据并进行分析，得到量化的桥面铺装层与桥梁结构性能评价指标；桥梁安全性预警系统结合量化的桥面铺装层与桥梁结构性能评价指标，对桥梁BIM模型进行受力模拟和力学结构分析，提供对桥梁病害的预测和预警。
优选的，步骤(1)中，地面远程控制系统根据运营桥梁的BIM模型划分子模块，将子模块的定位信息分别发送给无人机扫描系统和三维激光扫描系统；其中，无人机扫描系统主要负责完成桥梁表面信息的采集，三维激光扫描系统主要负责支座及箱梁内部等关键部位桥梁关键部位及桥梁底部及其他遮挡部位的扫描。
优选的，步骤(1)中，无人机扫描系统中，无人机的飞行航线覆盖桥梁主线及其附近10～20m的周边环境，飞行航线平行于桥梁走向，视桥型大小分别采用2、4或6道往返航线，飞行高度、角度、速度根据飞行时间的阴晴、风速及时间决定。
优选的，步骤(2)中，信息统计模块包括桥面铺装模块与桥梁结构模块，桥面铺装模块包括裂缝模块、坑槽模块和车辙模块，桥梁结构模块包括裂缝模块、剥落模块、不均匀沉降模块、应变模块和应力模块；其中，桥梁病害动态监测系统传送来的数据经图像识别模块分类后，分别储存到对应的信息统计模块中。
优选的，步骤(2)中，在亚像素处理模块中，依次对裂缝信息进行二值化处理、边缘检测和亚像素插值，以提高检测图像的精细化程度。
优选的，步骤(3)中，桥梁安全预警系统基于桥梁结构模块中应力模块与应变模块的力学数据，结合桥梁BIM模型对桥梁进行受力模拟，观测桥梁变形与裂缝，计算结构可靠的数据，低于预先设定的阈值即及时发出预警。
本发明的有益效果为：本发明基于BIM技术，将无人机与三维激光检测技术集成应用于桥梁病害检测，极大的提高了桥梁巡检效率与精度；提出了一种基于亚像素差值的图像处理方法，在一定程度上解决了现有硬件设备精度不足的缺点；本发明极大的提高了桥梁的运维检查效率，实现了桥梁运维养护决策系统的信息化与智能化程度，使桥梁运维决策更加科学。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明亚像素处理图像提高精度示意图。
图3为本发明信息统计模块的分类示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于BIM的运营桥梁多源检测系统，包括：桥梁病害动态监测系统，检测信息精细化处理与统计系统，性能评估与预警系统。桥梁病害动态监测系统包括地面远程控制系统、无人机扫描系统、三维激光扫描系统及光纤光栅检测系统；检测信息精细化处理与统计系统包括图像识别模块、亚像素处理模块及BIM可视化展示与信息统计模块；性能评估与预警系统包括桥梁使用性能评估系统、桥面铺装层使用性能评估系统及桥梁安全性预警系统。地面远程控制系统根据运营桥梁的BIM模型，根据工作效率、检测精细化要求及各自的适用性，划分子模块，向无人机及三维激光扫描仪发射各自所需检测桥梁部分的位置信息，其中，无人机主要负责完成桥梁表面信息的采集，三维激光扫描仪主要负责桥梁关键部位及桥梁底部及其他遮挡部位的扫描。
无人机根据自身的GPS定位，按照规定航线沿桥梁走向进行航测，航线应覆盖桥梁主线及其附近10-20m的周边环境，平行于桥梁走向，视桥型大小分别采用2、4或6道往返航线，飞行高度、角度、速度根据飞行时间的阴晴、风速及时间决定。
三维激光扫描根据现场控制点完成定位工作并对相应模块进行激光扫描，设站方案根据桥型、交通量及周边地形实时完成。
无人机、三维激光扫描仪与光纤光栅同时将数据实时传送于检测信息精细化处理与统计系统。首先，图像识别模块对无人机及三维激光扫描的数据进行处理，识别提取桥梁不同类别病害信息，基于图像识别结果，将不同类型的桥梁检测数据分类储存与对应模块中，信息统计模块，如图3所示，分桥面铺装模块与桥梁结构模块，桥面铺装模块分裂缝模块、坑槽模块、车辙模块与其他模块，桥梁结构模块分裂缝模块、剥落模块、不均匀沉降模块、应变模块与应力模块。将桥梁铺装模块及桥梁结构模块当中的裂缝信息传输于亚像素处理模块，二值化处理、边缘检测及亚像素插值，对裂缝图像进行超分辨率处理，如图2所示，提高检测图像的精细化程度，弥补硬件设施的不足，提供精确的裂缝检测数据。将不同类型桥梁病害的检测数据传输BIM可视化展示与信息统计模块，完成对数据信息的统计工作，并基于检测数据对三维数字模型进行更新，实现桥梁病害的可视化展示。
性能评估与预警模块对桥梁检测数据进行分析与判断，其中，梁安全预警系统基于桥梁结构模块中应力模块与应变模块的力学数据，结合桥梁BIM模型对桥梁进行受力模拟，观测桥梁变形与裂缝，计算结构可靠的数据，低于预先设定的阈值即及时发出预警。性能评估模块提供桥面铺装层与桥梁结构的检测结果，评价性能指标，为桥梁后期的养护决策提供数据基础与参考。

Claims (7)

1.一种基于BIM的运营桥梁多源检测系统，其特征在于，包括：桥梁病害动态监测系统，检测信息精细化处理与统计系统和性能评估与预警系统三个子系统；其中，桥梁病害动态监测系统包括地面远程控制系统、无人机扫描系统、三维激光扫描系统和光纤光栅检测系统，地面远程控制系统控制无人机扫描系统对桥梁进行航测、控制三维激光扫描系统对桥梁进行扫描以及控制光纤光栅检测系统持续监测桥梁的力学响应数据，并将所获得的数据传送到检测信息精细化处理与统计系统和性能评估与预警系统；
检测信息精细化处理与统计系统包括图像识别模块、信息统计模块、亚像素处理模块和BIM可视化展示模块，图像识别模块、信息统计模块和亚像素处理模块对桥梁病害动态监测系统传送来的数据进行处理后，由BIM可视化展示模块建立桥梁BIM模型；
性能评估与预警系统包括桥梁使用性能评估系统、桥面铺装层使用性能评估系统和桥梁安全性预警系统，桥梁使用性能评估系统和桥面铺装层使用性能评估系统通过对桥梁病害动态监测系统传送来的数据进行分析，得到量化的桥面铺装层与桥梁结构性能评价指标，桥梁安全性预警系统结合桥梁BIM模型和量化的桥面铺装层与桥梁结构性能评价指标，判断并作出预测和预警。
2.一种基于BIM的运营桥梁多源检测系统的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)桥梁病害动态监测系统中的地面远程控制系统分别向无人机扫描系统和三维激光扫描系统发送所需检测的桥梁部分的位置信息，并控制光纤光栅检测系统续动态监测桥梁及桥面铺装层的力学响应数据；无人机扫描系统、三维激光扫描系统和光纤光栅检测系统将所得数据实时传送到检测信息精细化处理与统计系统和性能评估与预警系统；
(2)检测信息精细化处理与统计系统中的图像识别模块接受桥梁病害动态监测系统传送来的数据并进行分类，将不同类型的桥梁检测数据分类储存至对应的信息统计模块中，同时将裂缝信息传送到亚像素处理模块中进行亚像素处理；分类后的桥梁检测数据和亚像素处理后的裂缝信息传送到BIM可视化展示模块后，完成对数据的统计并建立数据实时更新的桥梁BIM模型；
(3)性能评估与预警系统中的桥梁使用性能评估系统、桥面铺装层使用性能评估系统接收桥梁病害动态监测系统传送来的数据并进行分析，得到量化的桥面铺装层与桥梁结构性能评价指标；桥梁安全性预警系统结合量化的桥面铺装层与桥梁结构性能评价指标，对桥梁BIM模型进行受力模拟和力学结构分析，提供对桥梁病害的预测和预警。
3.如权利要求2所述的基于BIM的运营桥梁多源检测系统的检测方法，其特征在于，步骤(1)中，地面远程控制系统根据运营桥梁的BIM模型划分子模块，将子模块的定位信息分别发送给无人机扫描系统和三维激光扫描系统；其中，无人机扫描系统主要负责完成桥梁表面信息的采集，三维激光扫描系统主要负责支座及箱梁内部等关键部位桥梁关键部位及桥梁底部及其他遮挡部位的扫描。
4.如权利要求2所述的基于BIM的运营桥梁多源检测系统的检测方法，其特征在于，步骤(1)中，无人机扫描系统中，无人机的飞行航线覆盖桥梁主线及其附近10～20m的周边环境，飞行航线平行于桥梁走向，视桥型大小分别采用2、4或6道往返航线，飞行高度、角度、速度根据飞行时间的阴晴、风速及时间决定。
5.如权利要求2所述的基于BIM的运营桥梁多源检测系统的检测方法，其特征在于，步骤(2)中，信息统计模块包括桥面铺装模块与桥梁结构模块，桥面铺装模块包括裂缝模块、坑槽模块和车辙模块，桥梁结构模块包括裂缝模块、剥落模块、不均匀沉降模块、应变模块和应力模块；其中，桥梁病害动态监测系统传送来的数据经图像识别模块分类后，分别储存到对应的信息统计模块中。
6.如权利要求2所述的基于BIM的运营桥梁多源检测系统的检测方法，其特征在于，步骤(2)中，在亚像素处理模块中，依次对裂缝信息进行二值化处理、边缘检测和亚像素插值。
7.如权利要求2所述的基于BIM的运营桥梁多源检测系统的检测方法，其特征在于，步骤(3)中，桥梁安全预警系统基于桥梁结构模块中应力模块与应变模块的力学数据，结合桥梁BIM模型对桥梁进行受力模拟，观测桥梁变形与裂缝，计算结构可靠的数据，低于预先设定的阈值即及时发出预警。
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