CN109813219A - 对既有结构检测鉴定加固信息采集和处理的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对既有结构检测鉴定加固信息的采集和处理方法及系统，通过采用三维激光扫描、虚拟现实、增强现实、智能显示和BIM技术，设置信息采集系统、三维数据处理系统、BIM系统、全景虚拟现实系统、增强现实系统和智能显示终端，能够快速、安全、高精度、低成本、更全面采集和处理既有结构检测鉴定加固信息，使既有结构的信息更直观、便捷、流畅地在智能显示终端上显示、查询，实现既有结构信息在检测、鉴定、加固设计和施工等不同阶段的信息共享，减少多次现场补测和踏勘，减少模型重建工作，优化加固设计工作，使得施工工艺和组织更合理，减少返工，并为后续运营维护和监测提供了更好的系统信息和平台。

Description

对既有结构检测鉴定加固信息采集和处理的方法及系统

技术领域

本发明属于既有结构检测鉴定加固和工程信息技术领域，具体涉及一种对既有结构检测鉴定加固信息采集和处理的方法及系统。

背景技术

目前对既有结构的检测鉴定信息一般都是在现场对结构进行抽样检测和对一些关键部位的检测，所采集的是结构局部的点信息。如结构表面裂缝、锈蚀等表观质量检测，抽样检测所获信息只能是局部的，要获得更全面的信息，需要花费更多的人力物力和时间。而如混凝土结构的表面裂缝，其类型、分布、数量、长度、宽度等直接反映工程结构的可靠性能，当前对工程结构表面裂缝检测的主要方法是拍照、手工记录、现场或事后绘制裂缝位置及分布，对裂缝长度常用软尺或量尺和软线配合测量的方式，对裂缝宽度一般采用塞尺、裂缝宽度对比卡、裂缝显微镜、裂缝宽度检测仪进行测量，检测效率低、工作量大，易受气候和其他外界条件的影响，检测结果受主观影响大，有时需高空作业较为危险。再如结构挠度、倾斜等变形检测，传统的方法，一般都是点式测量，不能对结构的全局进行量测。

传统既有结构的检测、鉴定和加固工作各自的信息采集和处理是碎片化的、孤岛式的，他们之间的信息传递也不流畅，难以实现共享，导致后续仍需多次重返既有结构工程现场。检测鉴定所采集和处理的信息，目前一般以文字、表格和图片形式存储和显示，查询和调用信息较为困难。结构加固设计时大多依据原来的竣工图纸和检测鉴定报告的信息重新建立模型，既有结构的加固设计与新建工程有很大不同，要考虑结构周围环境和现场空间对加固方法、施工组织和施工工艺的限制和影响，而一般情况下检测鉴定报告这方面的信息不够充分，还需要多次到结构现场进行测量和踏勘，尤其是异地工程，这方面的工作量会很大。对复杂的既有结构加固设计和施工，涉及更多的相关方时，需要以可视化、沉浸式漫游、全景式进行信息沟通交流更为有效。

三维激光扫面、虚拟现实、增强现实、移动设备及网络和BIM技术的发展，为系统地解决这些问题提供了可能。

对没有图纸或图纸不全以及为采集既有结构更加全面和准确的三维空间信息或实景时，采用三维激光扫描技术进行采集，三维激光扫描技术实现了从单点测量到面测量的革命性飞跃。三维激光扫描技术既可采集既有结构表面的三维坐标点云数据又可采集既有结构的纹理信息，在相应软件里快速重构出既有结构的三维模型和所需的全景图像。

利用三维激光扫描仪、数码相机采集的全景图像或转化的BIM模型在相应软件里制作和封装成虚拟现实系统，虚拟现实技术可以用电脑或移动设备及时、无限制地观察三维空间内的建筑结构表面质量、周围环境或加固效果，提供身临其境的体验，能对既有结构的表观质量如混凝土结构表面的裂缝、孔洞、麻面、酥松等缺陷进行观测，也能对由BIM制作而成的虚拟现实空间效果进行整体体验，对加固设计和施工进行改进和优化。

对三维激光扫描仪采集的既有结构三维空间点云数据进行处理，逆向创建为BIM模型，建模速度和精度高。BIM模型里可整合三维激光扫描仪采集的空间信息、结构的其他检测信息，将BIM模型处理后成为结构的有限元计算模型，进行鉴定计算，根据要求进行加固计算和设计，之后将既有结构的鉴定和加固信息集成到BIM模型。这样，BIM模型中不仅包含了既有结构构件位置和尺寸精确信息等检测鉴定数据，还包含结构加固改造数据，这样使得既有结构的检测鉴定加固信息直观、可视化、信息储存、更新、查询、共享便捷，减少和避免了信息的缺失导致的结构设计变更和一些重复性工作，实现多源数据融合应用，可以在加固施工过程中可实时监控施工过程和质量，实现信息化和自动化施工，同时也可以为后期运营维护和监测提供充分的信息和平台。

增强现实技术可以实现虚拟与真实场景的结合，可以利用智能移动设备，在既有结构施工现场实地展示加固施工过程和加固后的效果，体验加固的合理性和效果，根据体验效果对既有结构加固方法和工艺进行优化设计。

目前，采用新技术对既有结构检测鉴定加固信息采集和处理的研究方兴未艾，但大多集中在检测、鉴定、加固设计和施工的某一阶段或某一方面采用了三维激光扫描、虚拟现实、增强现实、移动显示和BIM技术中的一种或几种技术，未能从整体上系统地解决存在的问题。因此，发明一种对既有结构检测鉴定加固信息采集和处理方法及系统具有非常重要的方法论和工程应用价值。

发明内容

本发明提供一种对既有结构检测鉴定加固信息采集和处理方法及系统，可全面采集和处理既有结构的信息，为后续的加固设计、加固施工、运营维护和监测提供可视化、便捷共享信息的平台。本发明的具体方案如下。

一种对既有结构检测鉴定加固信息的采集和处理方法，包括以下步骤：

步骤1：根据既有结构的特征设置相应的信息采集方式采集既有结构的现有信息，所述现有信息包括既有结构的点云数据和纹理信息以及既有结构外部和内部的全景图像信息；

步骤2：对现有信息进行处理，逆向创建既有结构的三维空间模型以及创建加固前全景虚拟现实系统；

步骤3：对所述三维空间模型进行处理，通过BIM系统生成BIM模型；将既有结构的检测信息集成到BIM模型里；

步骤4：将BIM模型转化为结构计算模型，进行既有结构的鉴定、加固计算和设计；

步骤5：将鉴定、加固计算和设计结果信息以及将既有结构的相关物体的模型和信息集成到BIM模型，进行碰撞检测和优化设计后创建加固后虚拟现实系统，根据使用加固后虚拟现实系统的效果对加固后虚拟现实系统进行修改和优化；

步骤6：结合加固后虚拟现实系统、加固前的全景虚拟现实系统和既有结构外部和内部环境采取合理的加固方法和施工工艺；

步骤7：将与所述加固方法和施工工艺的相关信息和结构的纹理信息集成到BIM系统里，创建增强现实系统。

进一步地，所述方法还包括：

所述增强现实系统设计为可适用于多种智能显示终端。

进一步地，所述设置相应的信息采集方式包括：

使用三维激光扫描仪和摄像系统布置相应的控制网、扫描站点、标靶球或标靶纸的数量和布设方式，设置扫描分辨率，通过各个站点进行扫描，获取既有结构的三维空间的点云数据和纹理信息数据以及既有结构外部和内部的全景图像信息。

进一步地，所述标靶球或标靶纸的数量和布设方式具体为：设置至少3个所述标靶球或标靶纸为一组，每个标靶球或标靶纸在不同高度成锐角布置；每个扫描站点放置至少2组所述标靶球或标靶纸,每相邻两个扫描站点至少包括同一组所述标靶球或标靶纸。

进一步地，所述对所述现有信息进行处理，逆向创建既有结构的三维空间模型以及创建加固前全景虚拟现实系统包括：

对所述点云数据进行除噪、配准、坐标系转换、降噪与抽稀及特征信息提取，逆向创建既有结构的三维空间模型；将既有结构外部和内部的全景图像信息制成各个站点或关键位置的全景图像进行集成和封装，创建加固前全景虚拟现实系统。

进一步地，所述对所述三维空间模型进行处理生成BIM模型包括：

对所述三维空间模型进行减面处理生成BIM模型。

一种基于上文所述的对既有结构检测鉴定加固信息采集和处理方法的对既有结构检测鉴定加固信息采集和处理系统，包括：

信息采集系统，用于采集既有机构的现有信息，所述现有信息包括：所述现有信息包括既有结构的点云数据和纹理信息以及既有结构外部和内部的全景图像信息；

三维数据处理系统，与所述信息采集系统连接，用于对现有信息进行处理，逆向创建既有结构的三维空间模型；

BIM系统，与三维数据处理系统连接，用于将所述三维空间模型进行处理生成BIM模型，将既有结构的检测信息集成到BIM模型里，以及将BIM模型转化为结构计算模型；所述BIM系统还集成了包括既有结构的鉴定、加固计算和设计结果信息和相关物体的模型和信息，以及优化后的加固方法和施工工艺相关信息和结构的纹理信息；

全景图像虚拟现实系统，与三维数据处理系统和BIM系统连接，包括加固前全景虚拟现实系统和加固后全景虚拟现实系统；

增强现实系统，与BIM系统和全景图像虚拟显示系统连接，通过由加固方法和施工工艺的相关信息集成到BIM数据系统里结合纹理信息制作。

进一步地，所述系统还包括智能显示终端，所述增强现实系统可兼容使用在多种所述智能显示终端上。

进一步地，所述信息采集系统包括三维激光扫描仪和摄像系统。

本发明可以快速、安全、高精度、低成本、更全面采集和处理既有结构检测鉴定加固信息，使既有结构的信息更直观、便捷、流畅地在移动终端系统上显示、查询，实现既有结构信息在检测、鉴定、加固设计和施工等不同阶段的信息共享，减少多次现场补测和踏勘，减少了模型重建工作，优化加固设计工作，施工工艺和组织更合理，减少返工，并为后续运营维护和监测提供了更好的系统信息和平台。

附图说明

图1为本实施例对既有结构检测鉴定加固信息采集和处理方法的流程图。

图2为本实施例对既有结构检测鉴定加固信息采集和处理系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本发明实施例提供一种对既有结构检测鉴定加固信息采集和处理方法，包括以下步骤：

步骤1：根据既有结构的特征设置相应的信息采集方式采集既有结构的现有信息，所述现有信息包括既有结构的点云数据和纹理信息以及既有结构外部和内部的全景图像信息；在本发明实施例中，所述设置相应的信息采集方式具体包括：使用三维激光扫描仪和摄像系统布置相应的控制网、扫描站点、标靶球或标靶纸的数量和布设方式，设置扫描分辨率，通过各个站点进行扫描，获取既有结构的三维空间点云数据和纹理信息数据以及既有结构外部和内部的全景图像信息；进一步地，设置至少3个所述标靶球或标靶纸为一组，每个标靶球或标靶纸在不同高度成锐角布置；每个扫描站点放置至少2组所述标靶球或标靶纸,每相邻两个扫描站点至少包括同一组所述标靶球或标靶纸。

步骤2：对现有信息进行处理，逆向创建既有结构的三维空间模型以及创建加固前全景虚拟现实系统；在本发明实施例中具体为：对所述点云数据进行除噪、配准、坐标系转换、降噪与抽稀及特征信息提取，逆向创建既有结构的三维空间模型；将既有结构外部和内部的全景图像信息制成各个站点或关键位置的全景图像进行集成和封装，创建加固前全景虚拟现实系统。

步骤3：对所述三维空间模型进行处理，通过BIM系统生成BIM模型；将既有结构的检测信息集成到BIM模型里；本发明实施例中，具体为对所述三维空间模型进行减面处理生成BIM模型。

步骤4：将BIM模型转化为结构计算模型，进行既有结构的鉴定、加固计算和设计。

步骤5：将鉴定、加固计算和设计结果信息以及将既有结构的相关物体的模型和信息集成到BIM模型，进行碰撞检测和优化设计后创建加固后虚拟现实系统，根据使用加固后虚拟现实系统的效果对加固后虚拟现实系统进行修改和优化。

步骤6：结合加固后虚拟现实系统、加固前的全景虚拟现实系统和既有结构外部和内部环境采取合理的加固方法和施工工艺。

步骤7：将与所述加固方法和施工工艺的相关信息和结构的纹理信息集成到BIM系统里，创建增强现实系统。

在本发明实施例中，其上述步骤7还包括：所述增强现实系统设计为可适用于多种智能显示终端。

在本发明实施例中，其具体操作方法为：

根据既有结构的外部的周边环境和其内部的空间特点，使用三维激光扫描仪和摄像系统设置相应的控制网、扫描站点、标靶球或标靶纸数量和布设方式，选取相应的扫描分辨率，通过不同站点的扫描，获取既有结构不同站点的三维空间点云数据和纹理信息数据，然后完成三维激光扫描的外业工作。然后在三维数据处理系统中对点云数据进行除噪、配准、坐标系转换、降噪与抽稀及特征信息提取，逆向创建既有结构的三维空间模型。将在现场通过摄像系统拍摄的数字图像或三维空间实景图像制成各个站点或关键位置的全景图像，再集成和封装为加固前全景虚拟现实系统。其中，三维激光扫描仪和摄像系统采集信息的工作内容包括三维激光扫描技术方案设计、点云数据采集等外业工作，以及点云数据预处理、拟向创建三维空间模型、彩色点云数据融合或全景图像等内业工作。

在BIM系统中，对三维空间模型进行减面处理生成BIM模型。将既有结构的其他检测信息如材料的强度、厚度、混凝土保护层厚度等信息集成到BIM模型里。之后对此BIM模型处理，转化为结构计算模型，进行既有结构的鉴定、加固计算和设计，然后将鉴定、加固计算和设计的结果信息再集成到BIM模型中，将结构的建筑和设备管线等模型和信息也集成到BIM系统中，进行建筑、结构、设备管线等碰撞检测和优化设计。在BIM系统里制作加固后虚拟现实系统，进行身临其境式漫游体验，评判加固后的效果进行修改和优化。再结合加固前的全景虚拟现实系统，结合既有结构周围的环境和结构内部情况，确定相应的加固方法、施工组织和工艺。然后将加固有关信息集成到BIM系统里。

使用BIM系统制作增强现实系统，根据使用增强现实系统的设备的不同，可编制成电脑端非压缩性的和适用于移动智能设备如手机APP、微信小程序等压缩轻量型的，为图纸会审、技术交底和加固施工过程中的施工和设计变更提供直观便捷的信息共享和展示方式。或在既有结构的施工现场，施工方可用智能手机、平板电脑、增强现实眼镜或头盔等，借助增强现实标记如纸质既有结构施工目录、实物或实物模型，调用和查阅施工工艺、流程等信息。在既有结构加固施工工程竣工后，将结构竣工验收后的相关信息集成到BIM模型里，为后期运营维修和监测提供信息和平台。

如图2所示，在本发明的实施例中，还提供了一种对既有结构检测鉴定加固信息采集和处理系统，包括：

信息采集系统，包括三维激光扫描仪和摄像系统；用于采集既有机构的现有信息，所述现有信息包括：所述现有信息包括既有结构的点云数据和纹理信息以及既有结构外部和内部的全景图像信息；

三维数据处理系统，与所述信息采集系统连接，用于对现有信息进行处理，逆向创建既有结构的三维空间模型；

BIM系统，与三维数据处理系统连接，用于将所述三维空间模型进行处理生成BIM模型，将既有结构的检测信息集成到BIM模型里，以及将BIM模型转化为结构计算模型；所述BIM系统还集成了包括既有结构的鉴定、加固计算和设计结果信息和相关物体的模型和信息，以及优化后的加固方法和施工工艺相关信息和结构的纹理信息；

全景图像虚拟现实系统，与三维数据处理系统和BIM系统连接，包括加固前全景虚拟现实系统和加固后全景虚拟现实系统；

增强现实系统，与BIM系统和全景图像虚拟显示系统连接，通过由加固方法和施工工艺的相关信息集成到BIM数据系统里结合纹理信息制作；

智能显示终端，所述增强现实系统可兼容使用在多种所述智能显示终端上。

其中，三维激光扫描仪和摄像系统采集既有结构的三维空间点云数据和纹理信息以及既有结构外部和内部的图像，并在三维数据处理系统中生成三维空间模型、彩色点云融合图像或全景图像。

全景图像虚拟现实系统包括加固前全景虚拟现实系统和加固后全景虚拟现实系统。其中加固前全景虚拟现实系统，由三维激光扫描仪、摄像系统配置的相机采集的数字图像在系统里生成或与采集的点云数据融合生成三维空间实景图像，或采用高像素相机拍摄高精度照片经过相应的软件拼接成全景图像，或利用无人机采集数字图像在相应的软件里制成三维空间实景图像或全景图像，将不同的场景封装成加固前全景虚拟现实系统，主要为加固设计方案和施工组织和工艺提供结构现场周边环境、结构内部的环境信息和结构的表观质量信息，实现不用重返现场进行无限制的查看和测量。加固后全景虚拟现实系统由集成了检测鉴定加固信息的BIM模型经简化后生成，可在其中漫游、沉浸式体验加固后的效果，同时可为施工阶段各方进行直观便捷的沟通和交流。

BIM系统，对三维空间模型利用减面算法对面数进行精简后生成BIM模型。此BIM模型经处理后可方便地直接转化为结构计算模型，鉴定和加固结果信息再集成到BIM模型里，这样BIM模型里也包含了检测鉴定加固信息，然后进行建筑、结构、设备施工和安装碰撞检测和优化设计，体验和评判加固改造的效果，进行改进和优化。BIM系统实现了检测鉴定加固可视化和信息协同共享，也为后续的运营维修加固和监测提供相关数据信息和BIM平台。

增强现实系统，利用BIM系统的数据信息和既有结构的纹理图像制作，对关键部位设置与AR标记相应的关联数据，可利用智能显示终端如手机、电脑、AR眼镜、AR头盔等显示和体验加固的效果，查看既有结构加固的关键部位的构造和施工流程及工艺，根据体验、感受效果提出意见或建议，优化加固方法和施工组织和工艺。

综合以上，本发明可以快速、安全、高精度、低成本、更全面采集和处理既有结构检测鉴定加固信息，使既有结构的信息更直观、便捷、流畅地在智能显示终端上显示、查询，实现既有结构信息在检测、鉴定、加固设计和施工等不同阶段的信息共享，减少多次现场补测和踏勘，减少了模型重建工作，优化加固设计工作，使得施工工艺和组织更合理，减少返工，并为后续运营维护和监测提供了更好的系统信息和平台。

以上实施例仅为充分公开而非限制本发明，凡基于本发明的创作主旨、未经创造性劳动的等效技术特征的替换，应当视为本申请揭露的范围。

Claims (9)

1.一种对既有结构检测鉴定加固信息的采集和处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据既有结构的特征设置相应的信息采集方式采集既有结构的现有信息，所述现有信息包括既有结构的点云数据和纹理信息以及既有结构外部和内部的全景图像信息；

步骤2：对现有信息进行处理，逆向创建既有结构的三维空间模型以及创建加固前全景虚拟现实系统；

步骤3：对所述三维空间模型进行处理，通过BIM系统生成BIM模型；将既有结构的检测信息集成到BIM模型里；

步骤4：将BIM模型转化为结构计算模型，进行既有结构的鉴定、加固计算和设计；

步骤5：将鉴定、加固计算和设计结果信息以及将既有结构的相关物体的模型和信息集成到BIM模型，进行碰撞检测和优化设计后创建加固后虚拟现实系统，根据使用加固后虚拟现实系统的效果对加固后虚拟现实系统进行修改和优化；

步骤6：结合加固后虚拟现实系统、加固前的全景虚拟现实系统和既有结构外部和内部环境采取合理的加固方法和施工工艺；

步骤7：将与所述加固方法和施工工艺的相关信息和结构的纹理信息集成到BIM系统里，创建增强现实系统。

2.根据权利要求1所述的对既有结构检测鉴定加固信息的采集和处理方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述增强现实系统设计为可适用于多种智能显示终端。

3.根据权利要求1所述的对既有结构检测鉴定加固信息的采集和处理方法，其特征在于，所述设置相应的信息采集方式包括：

使用三维激光扫描仪和摄像系统布置相应的控制网、扫描站点、标靶球或标靶纸的数量和布设方式，设置扫描分辨率，通过各个站点进行扫描，获取既有结构的三维空间的点云数据和纹理信息数据以及既有结构外部和内部的全景图像信息。

4.根据权利要求3所述的对既有结构检测鉴定加固信息的采集和处理方法，其特征在于，所述标靶球或标靶纸的数量和布设方式具体为：

设置至少3个所述标靶球或标靶纸为一组，每个标靶球或标靶纸在不同高度成锐角布置；每个扫描站点放置至少2组所述标靶球或标靶纸,每相邻两个扫描站点至少包括同一组所述标靶球或标靶纸。

5.根据权利要求1所述的对既有结构检测鉴定加固信息的采集和处理方法，其特征在于，所述对所述现有信息进行处理，逆向创建既有结构的三维空间模型以及创建加固前全景虚拟现实系统包括：

对所述点云数据进行除噪、配准、坐标系转换、降噪与抽稀及特征信息提取，逆向创建既有结构的三维空间模型；将既有结构外部和内部的全景图像信息制成各个站点或关键位置的全景图像进行集成和封装，创建加固前全景虚拟现实系统。

6.根据权利要求1所述的对既有结构检测鉴定加固信息的采集和处理方法，其特征在于，所述对所述三维空间模型进行处理生成BIM模型包括：

对所述三维空间模型进行减面处理生成BIM模型。

7.一种基于权利要求1至6所述的对既有结构检测鉴定加固信息的采集和处理方法的对既有结构检测鉴定加固信息的采集和处理系统，其特征在于，包括：

信息采集系统，用于采集既有机构的现有信息，所述现有信息包括：所述现有信息包括既有结构的点云数据和纹理信息以及既有结构外部和内部的全景图像信息；

三维数据处理系统，与所述信息采集系统连接，用于对现有信息进行处理，逆向创建既有结构的三维空间模型；

BIM系统，与三维数据处理系统连接，用于将所述三维空间模型进行处理生成BIM模型，将既有结构的检测信息集成到BIM模型里，以及将BIM模型转化为结构计算模型；所述BIM系统还集成了包括既有结构的鉴定、加固计算和设计结果信息和相关物体的模型和信息，以及优化后的加固方法和施工工艺相关信息和结构的纹理信息；

全景图像虚拟现实系统，与三维数据处理系统和BIM系统连接，包括加固前全景虚拟现实系统和加固后全景虚拟现实系统；

增强现实系统，与BIM系统和全景图像虚拟显示系统连接，通过由加固方法和施工工艺的相关信息集成到BIM数据系统里结合纹理信息制作。

8.根据权利要求7所述的对既有结构检测鉴定加固信息的采集和处理系统，其特征在于，所述系统还包括智能显示终端，所述增强现实系统可兼容使用在多种所述智能显示终端上。

9.根据权利要求7所述的对既有结构检测鉴定加固信息的采集和处理系统，其特征在于，所述信息采集系统包括三维激光扫描仪和摄像系统。