CN112857315B - 基于三维激光扫描的钢管柱垂直度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三维激光扫描的钢管柱垂直度测量方法，涉及建筑工程技术领域，解决了钢管柱垂直度测量不够精准的技术问题，其技术方案要点是通过在测站使用三维激光扫描系统对钢管柱进行扫描，得到点云数据，对点云数据进行预处理，得到钢管柱的三维模型，对该三维模型进行水平切片得到截面椭圆，在截面椭圆上均匀选取点，根据这些点的坐标计算出钢管柱的竖向倾斜角度。采用本公开方法数据采集速度快、精度高、使用灵活方便，有效的实现了钢管柱垂直度的精确测量。

Description

基于三维激光扫描的钢管柱垂直度测量方法

技术领域

本公开涉及建筑工程技术领域，尤其涉及一种基于三维激光扫描的钢管柱垂直度测量方法。

背景技术

钢管柱施工特别是逆作法钢管柱施工过程中，需要对钢管柱的垂直度进行测量，为后续施工提供基础数据。目前大部分项目仍采用传统的人工拉线测量方法，效率低且精度差。三维激光扫描技术是继GPS技术之后测绘领域的又一次技术革命，具有数据采集速度快、精度高、工作灵活的优点。利用三维扫描技术通过点云数据处理，可实现对钢管柱的快速三维建模，并且对模型数据进行深入挖掘和计算，可快速准确得到钢管柱的垂直度。

发明内容

本公开提供了一种基于三维激光扫描的钢管柱垂直度测量方法，达到高效且高精度测量钢管柱垂直度的技术目的。

本公开的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于三维激光扫描的钢管柱垂直度测量方法，包括：

设置n个测站并记录每个所述测站的水平坐标和标高，每个所述测站至少覆盖1/n的所述钢管柱的表面积；

使用三维激光扫描系统在每个所述测站对所述钢管柱进行扫描，得到点云数据；

对所述点云数据进行处理，得到所述钢管柱的三维模型；

对所述三维模型进行水平切片得到截面椭圆，在所述截面椭圆上均匀选取点(x_i,y_i),i＝1,2,…,k，k为正整数且k≥5，根据所述点(x_i,y_i)计算所述截面椭圆在水平面内的偏转角度θ1，则所述钢管柱的竖向倾斜角度为θ2，θ2＝90-θ1。

进一步地：

通过

得到关于未知向量(x₀,y₀,θ1,a,b)的方程组，采用最小二乘法可获得所述未知向量(x₀,y₀,θ1,a,b)，其中，(x₀,y₀)为所述截面椭圆的中心坐标，2a和2b分别为所述截面椭圆的长轴和短轴，θ1为所述截面椭圆在水平面内的偏转角度。

进一步地，所述n大于等于2。

本公开的有益效果在于：通过在测站使用三维激光扫描系统对钢管柱进行扫描，得到点云数据，对点云数据进行预处理，得到钢管柱的三维模型，对该三维模型进行水平切片得到截面椭圆，在截面椭圆上均匀选取点，根据这些点的坐标计算出钢管柱的竖向倾斜角度。采用本公开方法数据采集速度快、精度高、使用灵活方便，有效的实现了钢管柱垂直度的精确测量。

附图说明

图1为本公开测量方法流程图；

图2为本公开水平切片的截面椭圆示意图；

图中：1-钢管柱三维模型；2-截面椭圆；3-水平切面。

具体实施方式

下面将结合附图对本公开技术方案进行详细说明。在本公开的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，仅用来区分不同的组成部分。

如图1所示，基于三维激光扫描的钢管柱垂直度测量方法，主要包括现场扫描、数据预处理和垂直度求解三部分工作。现场扫描工作一般包括：测站布置与记录、架设仪器与调试、扫描参数设置和现场进行扫描；数据预处理包括点云数据导入、生成三维模型和设置水平切片；垂直度求解包括建立坐标系、提取截面椭圆点坐标、采用最小二乘法求解参数再进行平均值求解。

一般根据实际情况设置若干个测站，同时记录每个测站的水平坐标和标高。若为n个测站，则每个测站至少要覆盖1/n的钢管柱的表面积，例如n＝2即有两个测站，此时每个测站就必须至少覆盖到1/2的钢管柱表面积，这样才能保证钢管柱能全部被设在测站位置的三维激光扫描系统扫描到。

使用三维激光扫描系统在每个测站对钢管柱进行扫描，得到点云数据(即钢管柱所有点的三维坐标)，再对点云数据进行处理得到钢管柱的三维模型。从三维模型中，取水平切片得到截面椭圆，在椭圆截面上均匀选取点(x_i,y_i),i＝1,2,…,k,k为正整数且k≥5，根据点(x_i,y_i)组成关于未知向量(x₀,y₀,θ1,a,b)的方程组：

采用最小二乘法求解上述未知向量，得到：(x₀,y₀)即为椭圆的中心坐标，2a和2b分别为椭圆的长轴和短轴，θ1为椭圆在水平面内的偏转角度(该角度以逆时针为正方向)，如图2，则钢管柱的竖向倾斜角度为θ2，θ2＝90-θ1。

作为优选实施例之一地，为获得更为精准的竖向偏转角度θ2，可以在椭圆截面上均匀的选择更多的点，每五个方程式为一组求解向量(x₀,y₀,θ1,a,b)，然后对所有的解取平均值，从而可以得到更精准的钢管柱竖向倾斜角度。

若通过上述方程组得到a＝b,则说明上述椭圆截面实际为圆截面，a、b为圆的半径，(x₀,y₀)为圆的圆心坐标，θ1为圆在水平面内的偏转角度(该角度以逆时针为正方向)。

通过上述方法，本发明可以对于已建成或正在建的椭圆形截面柱进行测量，即按照测量技术规范的规定测量得到其各项参数，并生成二维图形或三维模型，通过计算生成最终结果，测量方便灵活快速，结果精确度高。

上述实施例为本公开的示范性实施例，本公开的保护范围由权利要求书及其等效物限定。

Claims (2)

1.一种基于三维激光扫描的钢管柱垂直度测量方法，其特征在于，包括：

设置n个测站并记录每个所述测站的水平坐标和标高，每个所述测站至少覆盖1/n的所述钢管柱的表面积；

使用三维激光扫描系统在每个所述测站对所述钢管柱进行扫描，得到点云数据；

对所述点云数据进行处理，得到所述钢管柱的三维模型；

对所述三维模型进行水平切片得到截面椭圆，在所述截面椭圆上均匀选取点(x_i,y_i),i＝1,2,…,k，k为正整数且k≥5，根据所述点(x_i,y_i)计算所述截面椭圆在水平面内的偏转角度θ1，则所述钢管柱的竖向倾斜角度为θ2，θ2＝90-θ1；

通过

得到关于未知向量(x₀,y₀,θ1,a,b)的方程组，采用最小二乘法可获得所述未知向量(x₀,y₀,θ1,a,b)，其中，(x₀,y₀)为所述截面椭圆的中心坐标，2a和2b分别为所述截面椭圆的长轴和短轴，θ1为所述截面椭圆在水平面内的偏转角度。

2.如权利要求1所述的基于三维激光扫描的钢管柱垂直度测量方法，其特征在于，所述n大于等于2。

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