CN110608732A - 一种基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统 - Google Patents

一种基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统。其包括：点云获取装置，用于获取所述建筑塔机的塔身的点云；点云裁剪装置，以垂直方向为裁剪维度，对点云进行裁剪，获取与塔身的标准节的节数相对应的多段点云；点云中心点获取装置，获取各段点云的中心点；以及垂直度检测装置，其根据各段点云的中心点，检测所述塔身的垂直度。

Description

一种基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统
技术领域
本发明涉及建筑施工塔式起重机的塔身垂直度测量领域。
背景技术
塔身的垂直度对于建筑塔机的安全作业具有非常重要的意义。当前对于塔身的垂直度的测量通常采用如下的方法：先在离塔吊高度预定远处架设经纬仪，瞄准塔吊顶部，利用经纬仪投测下来，做一标记，量出其与底部的水平距离，用正倒镜投点法等方法观测两个或更多个测回，取平均值。该种方法有很多优点，但是也存在一些缺陷。塔身并不是一体成型的，而是通常由很多标准节构成，该方法将塔身视为一个整体刚性体，而测量垂直度，不能体现塔身的真实倾斜程度。
发明内容
本发明鉴于以上情况，提出了一种系统，用于缓解或消除现有技术中存在的一项或更多的缺点，至少提供一种有益的选择。
为实现以上目的，本发明的一个方面公开了一种基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统，包括：点云获取装置，用于获取所述建筑塔机的塔身的点云；点云裁剪装置，以垂直方向为裁剪维度，对点云进行裁剪，获取与塔身的标准节的节数相对应的多段点云；点云中心点获取装置，获取各段点云中心点；以及垂直度检测装置，其根据各段点云的中心点，检测所述塔身的垂直度。
根据一种实施方式，所述点云获取装置包括地面三维激光扫描仪和/或无人机搭载激光雷达系统，或从所述地面三维激光扫描仪和/或无人机搭载激光雷达系统接收点云。
根据一种实施方式，所述点云裁剪装置所裁剪出的各段点云分别对应于所述塔身的各段标准节。
根据一种实施方式，所述点云中心点获取装置如下地获取各段点云的中心点：将每段点云的边界进行点云分割，采用随机采样一致性算法进行边界线直线拟合，拟合为一个四棱柱的边界，分别连接各四棱柱的两条体对角线，取每个四棱柱体对角线的交点为该段点云的中心点。
根据一种实施方式，所述垂直度检测装置包括拟合装置以及垂直度计算装置，所述拟合装置对所有中心点进行直线拟合，获得中心轴线，所述垂直度计算装置确定所述中心轴线的方向向量，计算该方向向量与垂直方向单位向量的夹角，从而确定塔身的垂直度。
根据一种实施方式，所述垂直度检测装置分别计算相邻两个点云的中心点所构成的直线的垂直度，将最大的垂直度，确定为所述塔身的垂直度。
根据一种实施方式，所述建筑塔机塔身垂直度检测系统还包括最偏标准节辨别装置，所述最偏标准节辨别装置确定各点云的中心点所涉及的两条直线的方向向量与垂直方向单位向量所形成的夹角的绝对值的和，取最大和对应的点云的中心点作为最偏中心点，将该最偏中心点所对应的标准节确定为最偏标准节。
根据一种实施方式，所述建筑塔机塔身垂直度检测系统还包括最偏标准节辨别装置，所述最偏标准节辨别装置如下地确定最偏标准节：将塔基标准节点云段的底部进行点云分割，将分割得到的直线点云采用随机采样一致性算法进行拟合，得到塔基标准节底部矩形边界线，取矩形对角线的交点为塔基标准节底部平面中心点；将每段点云的中心点进行塔基平面投影，分别计算各个点云的中心点投影后形成的塔基平面点云点到所述塔基标准节底部平面中心点的平面距离，将平面距离最大的点云的中心点所对应的标准节确定为最偏标准节。
根据一种实施方式，如果所述最偏标准节的所述平面距离超过预定值，则进行告警，所述预定值如下地计算：
其中，D为所述平面距离，K为所述塔身垂直度系数，N为所述最偏标准节的节号，为正整数，大于等于1，最下方的标准节的节号为1，逐节增加，H为标准节的高度。
根据本发明的实施方式，对点云进行裁剪，得到裁剪后的若干段点云，并由此获取各标准节的中心，根据这些中心(点云中心点)确定垂直度，可以更准确地获得整个塔机的垂直度。
附图说明
结合附图，可以更好地理解本发明。但是附图仅仅是示例性的，不是对本发明的保护范围的限制，也不是按照比例绘制的，并省略了对理解本发明无关的部分。
图1示出了依据本发明的一种实施方式的基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统的示意性方框图；
图2示出了依据本发明的一种实施方式的获取一段点云的中心点的示意图；
图3示出了依据本发明另一种实施方式的基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统的示意性方框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施例作进一步详述，这些实施例是示例性的，用于使本领域技术人员更容易理解本发明，不构成对本发明所要求的保护的限制。
图1示出了依据本发明的一种实施方式的基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统的示意性方框图。如图1所示，根据本发明的一种实施方式，基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统包括点云获取装置10、点云裁剪装置20、点云中心点获取装置30、垂直度检测装置40。
点云获取装置10用于获取点云。可以包括地面三维激光扫描仪对塔身进行扫描获得原始点云数据，并进行预处理。可以采用市场可以获得的地面三维激光扫描仪来实现点云的获取。采用地面三维激光扫描仪实现点云的获取可以采用本领域技术人员现在已知和未来知悉的各种技术进行。点云获取方法以及其去噪等预处理可以参见例如ISBN:9787307174757《地面三维激光扫描技术与应用》等教材(其被并入本文中，如同在本文中进行了详细阐述一样)。点云获取装置10可以包括该地面三维激光扫描仪或可以接收来自地面三维激光扫描仪的点云。可以使用无人机搭载激光雷达系统来代替地面三维激光扫描仪，也可以使用无人机搭载激光雷达系统和地面三维激光扫描仪两者。
点云裁剪装置20以垂直方向为裁剪维度(方向)，对点云进行裁剪，获取与塔身的标准节的节数相对应的多段点云。
根据一种实施方式，各段点云分别对应于各段标准节。在这种情况下，该段标准节为该段点云对应的标准节。一段标准节扫描出一段点云。例如，在塔身由8段标准节组成时，可获得8段点云。
点云中心点获取装置30获取各段点云的中心点。图2示出了依据本发明的一种实施方式的获取一段点云的中心点的示意图。如图2所示，根据一种实施方式，将每段点云的边界进行点云分割，采用随机采样一致性算法进行边界线直线拟合，拟合为一个四棱柱的边界，分别连接各四棱柱的两条体对角线，取每个四棱柱体对角线的交点为该段点云的中心点。
垂直度检测装置40，其根据各段点云的中心点(也称点云中心点)，确定塔身的垂直度。
依据一种实施方式，该垂直度检测装置40包括拟合装置以及垂直度计算装置，拟合装置对所有中心点进行直线拟合，获得中心轴线。根据该种实施方式，垂直度计算装置可以采用随机采样一致性算法确定所述中心轴线的方向向量m，计算该方向向量m＝(x，y，h)与垂直方向单位向量n0＝(0，0，1)的夹角，夹角记为α，tanα即为垂直度。
依据另一种实施方式，该垂直度检测装置40分别计算相邻两个点云中心点所构成的直线的垂直度，将最大的垂直度，确定为塔身的垂直度。经过该相邻两个点云中心点的直线为这两个点云中心点所涉及的直线，一个点云中心点涉及两条直线。
本发明的发明人发现，塔身安装时是逐标准节安装的，各标准节分别为刚性结构，连接处易出现垂直度偏移。根据本发明的实施方式，对点云进行裁剪，得到裁剪后的若干段点云，并由此获取各标准节的中心，根据这些中心(点云中心点)确定垂直度，可以更准确地获得整个塔机的垂直度。
图3示出了依据本发明另一种实施方式的基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统的示意性方框图。如图3所示，依据本发明另一种实施方式的基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统与图1所示的基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统相比，增加了最偏标准节辨别装置50，用于确定最偏标准节。增加最偏标准节辨别装置50能够更准确地看出各标准节对中心线的偏移程度，能够更准确地确定塔身的健康情况。
在垂直度检测装置40分别计算相邻两个点云中心点所构成的直线的垂直度，将最大的垂直度，确定为塔身的垂直度的情况下，最偏标准节辨别装置50确定各点云的中心点所涉及的两条直线的方向向量与垂直方向单位向量所形成的夹角的绝对值的和，取最大和对应的点云的中心点作为最偏中心点，将该最偏中心点所对应的标准节确定为最偏标准节。根据一种实施方式，在最大和大于预定值时，则进行告警。
根据一种实施方式，最偏标准节辨别装置50将塔基标准节点云段的底部进行点云分割，将分割得到的直线点云采用随机采样一致性算法进行拟合，得到塔基标准节底部矩形边界线，取矩形对角线的交点为塔基标准节底部平面中心点。并将每段点云的中心点进行塔基平面投影，分别计算各个点云的中心点投影后形成的塔基平面点云点到塔基标准节底部平面中心点的平面距离，将平面距离最大的点云的中心点所对应的标准节确定为最偏标准节。塔基标准节即塔身最下方的标准节。
如果所述最偏标准节的所述平面距离超过预定值，则进行告警。根据一种实施方式，所述预定值如下地计算：
其中，D为所述平面距离，K为所述塔身垂直度系数，N为所述最偏标准节的节号，为正整数，大于等于1，最下方的标准节的节号为1，逐节增加，H为标准节的高度。
本发明的点云获取装置10、点云裁剪装置20、点云中心点获取装置30、垂直度检测装置40、最偏标准节辨别装置50等均可以由硬件构成、固件构成，或由软件结合硬件或固件构成。
本发明的上述详细的描述仅仅给本领域技术人员更进一步的相信内容，以用于实施本发明的优选方面，并且不会对本发明的范围进行限制。仅有权利要求用于确定本发明的保护范围。因此，在前述详细描述中的特征和步骤的结合不是必要的用于在最宽广的范围内实施本发明，并且可替换地仅对本发明的特别详细描述的代表性实施例给出教导。此外，为了获得本发明的附加有用实施例，在说明书中给出教导的各种不同的特征可通过多种方式结合，然而这些方式没有特别地被例举出来。

Claims (9)

1.一种基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统，包括：
点云获取装置，用于获取所述建筑塔机的塔身的点云；
点云裁剪装置，以垂直方向为裁剪维度，对点云进行裁剪，获取与所述塔身的标准节的节数相对应的多段点云；
点云中心点获取装置，获取各段点云的中心点；以及
垂直度检测装置，其根据各段点云的中心点，检测所述塔身的垂直度。
2.根据权利要求1所述的基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统，其特征在于，所述点云获取装置包括地面三维激光扫描仪和/或无人机搭载激光雷达系统，或从所述地面三维激光扫描仪和/或无人机搭载激光雷达系统接收所述点云。
3.根据权利要求1所述的基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统，其特征在于，所述点云裁剪装置所裁剪出的各段点云分别对应于所述塔身的各段标准节。
4.根据权利要求3所述的基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统，其特征在于，所述点云中心点获取装置如下地获取各段点云的中心点：
将每段点云的边界进行点云分割，采用随机采样一致性算法进行边界线直线拟合，拟合为一个四棱柱的边界，分别连接各四棱柱的两条体对角线，取每个四棱柱体对角线的交点为该段点云的中心点。
5.根据权利要求1所述的基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统，其特征在于，所述垂直度检测装置包括拟合装置以及垂直度计算装置，所述拟合装置对所有中心点进行直线拟合，获得中心轴线，所述垂直度计算装置确定所述中心轴线的方向向量，计算该方向向量与垂直方向单位向量的夹角，从而确定塔身的垂直度。
6.根据权利要求1所述的基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统，其特征在于，所述垂直度检测装置分别计算相邻两个点云的中心点所构成的直线的垂直度，将最大的垂直度，确定为所述塔身的垂直度。
7.根据权利要求6所述的基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统，其特征在于，所述建筑塔机塔身垂直度检测系统还包括最偏标准节辨别装置，所述最偏标准节辨别装置确定各点云的中心点所涉及的两条直线的方向向量与垂直方向单位向量所形成的夹角的绝对值的和，取最大和对应的点云的中心点作为最偏中心点，将该最偏中心点所对应的标准节确定为最偏标准节。
8.根据权利要求1所述的基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统，其特征在于，所述建筑塔机塔身垂直度检测系统还包括最偏标准节辨别装置，所述最偏标准节辨别装置如下地确定最偏标准节：
将塔基标准节点云段的底部进行点云分割，将分割得到的直线点云采用随机采用一致性算法进行拟合，得到塔基标准节底部矩形边界线，取矩形对角线的交点为塔基标准节底部平面中心点；
将每段点云的中心点进行塔基平面投影，分别计算各个点云的中心点投影后形成的塔基平面点云点到所述塔基标准节底部平面中心点的平面距离，将平面距离最大的点云的中心点所对应的标准节确定为最偏标准节。
9.根据权利要求8所述的基于点云的建筑塔机塔身垂直度检测系统，其特征在于，如果所述最偏标准节的所述平面距离超过预定值，则进行告警，所述预定值如下地计算：
其中，D为所述平面距离，K为所述塔身垂直度系数，N为所述最偏标准节的节号，是大于等于1的正整数，H为标准节的高度。
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