CN113264450A - 轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁施工技术领域，公开了一种轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统，轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统包括：图像采集模块、信息采集模块、中央控制模块、三维模型构建模块、顺序确定模块、定位模块、计算模块、加载数据确定模块、抓取模块、移动控制模块、调整模块以及施工结果可视化模块。本发明能不再受到对称吊装的局限，并且避免了为满足对称吊装前提中的运输条件而付出的巨大经济代价，极大地拓宽了桥梁悬臂拼装工艺的应用范围。本发明步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好，施工过程安全，并且施工工期短，投入施工成本低。

Description

轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统

技术领域

本发明属于桥梁施工技术领域，尤其涉及一种轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统。

背景技术

目前：悬臂拼装法是利用移动式悬拼吊机将梁段起吊至桥位，然后采用环氧树脂胶等及钢丝束预施应力连接成整体。采取逐段拼装，一个节段张拉锚固后，再拼装下一节段。悬臂拼装的分段，主要决定于悬拼吊机的起重能力，一般节段长2-5米。节段过长则自重大，需要悬拼吊机起重能力大，节段过短则拼装接缝多，工期也延长。

现有的悬臂拼装主要针对平衡式，而在实际施工中，由于采用悬臂拼装技术的桥梁通常需上跨现状河道、铁路、高速公路等建构筑物，如采用移动式桥面吊机进行安装，往往无法满足上述前提中的运输条件，导致“桥墩两侧不能实现对称起吊安装”；或者能够满足运输条件，但代价过大，经济上相当不划算。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的悬臂拼装施工方法无法满足非平衡式的施工场景，同时施工成本过高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统。

本发明是这样实现的，一种轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统，所述轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统包括：

图像采集模块、信息采集模块、中央控制模块、三维模型构建模块、顺序确定模块、定位模块、计算模块、加载数据确定模块、抓取模块、移动控制模块、调整模块以及施工结果可视化模块；

图像采集模块，与中央控制模块连接，用于利用摄像设备采集相应的施工现场、预装块以及桥梁的图像；

信息采集模块，与中央控制模块连接，用于采集预装块的重量、安装位置、施工信息以及其他相关信息；

三维模型构建模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的桥梁图像构建待施工桥梁的三维模型；

所述基于采集的桥梁图像构建待施工桥梁的三维模型包括：

对获取的相应桥梁图像以及周边环境数据进行降噪处理：

利用偏微分方程图像降噪的混合模型采用加权方法，通过权衡PM和TV模型得到能量函数，通过最小化能量函数降低噪声，能量泛函的表达式为：

其中k₀、L是常数，Δt是步长，N为迭代次数，对应的参数表达式是：

对应的欧拉方程为：

根据梯度下降流法，混合模型如下：

根据降噪处理后的图像数据，结合Civil 3D技术依次构建出高精度原始桥梁曲面、桥梁段横断面装配、桥梁曲面，再将桥梁曲面和原始桥梁曲面进行叠加处理，完成对原始桥梁曲面的填挖方处理，将处理后的原始桥梁曲面导入3ds Max中，获得数字化桥梁模型；

将遥感影像图与数字化桥梁模型进行叠加建立整体的桥梁场景模型；

移动控制模块，与中央控制模块连接，用于基于确定的悬臂移动的相关数据进行悬臂的移动控制，并控制悬臂移动至确定的安装位置；

调整模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的图像以及预装体的姿态数据进行预装体的高度、偏位以及姿态调整并进行预装体的拼装施工；

施工结果可视化模块，与中央控制模块连接，用于将施工过程利用三维可视化图像进行展示。

进一步，所述轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统还包括：

中央控制模块，与图像采集模块、信息采集模块、三维模型构建模块、顺序确定模块、定位模块、计算模块、加载数据确定模块、抓取模块、移动控制模块、调整模块以及施工结果可视化模块连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；

顺序确定模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的相关信息确定预装体的安装顺序；

定位模块，与中央控制模块连接，用于确定预装体的当前位置以及安装位置坐标数据；

计算模块，与中央控制模块连接，用于基于确定的位置坐标数据计算悬臂的移动距离，并结合预装块的重量确定悬臂移动的速度及其他信息；

加载数据确定模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的预装块的重量及其他信息确定悬臂的加载数据；

抓取模块，与中央控制模块连接，用于基于预装体的当前位置利用悬臂抓取预装体并进行悬臂加载。

进一步，所述根据降噪处理后的图像数据，结合Civil 3D技术依次构建出高精度原始桥梁曲面、桥梁段横断面装配、桥梁曲面，再将桥梁曲面和原始桥梁曲面进行叠加处理，完成对原始桥梁曲面的填挖方处理，将处理后的原始桥梁曲面导入3ds Max中，获得数字化桥梁模型包括：

将处理后的等高线数据导入Civil3D中，基于四叉树的Delaunay三角网快速构建出高精度原始桥梁曲面；

根据桥梁横断面数据，采用Civil3D自带的桥梁横断面部件，结合Civil3D部件编辑器制作相应部件，完成桥梁横断面装配制作；

根据纵断面数据以及中心线的平曲线信息，设置桥梁段横断面装配，在Civil3D中生成三维桥梁模型；并沿桥梁模型边界生成道路曲面；

利用Civil3D的曲面叠加功能将桥梁曲面和原始桥梁曲面进行叠加处理，完成对原始桥梁曲面的填挖方处理；

在Civil3D中，通过导出到3ds Max工具，将上述处理好的桥梁曲面转换成3ds Max支持的vsp3d文件，并在3ds Max中，根据工程设计图建立桥梁模型。

进一步，所述确定预装体的当前位置以及安装位置坐标数据包括：

获取连续的多帧场景图像，每一帧所述场景图像为相机将预装体所在三维场景投影至成像平面所形成的图像；

确定所述多帧场景图像中，每相邻两帧场景图像的光度误差模型；

根据每相邻两帧场景图像的光度误差模型，确定所述操控对象在每相邻两帧场景图像的获取时间间隔内的运动模型；

根据所述运动模型，确定所述预装体在所述三维场景中所处的位置。

进一步，所述三维场景中的光照变化率小于预设阈值，所述相机与所述预装体同步移动。

进一步，所述光度误差模型基于多个光度差值建立，每个光度差值为所述三维场景中的一个空间点分别在所述相邻两帧场景图像中形成的成像点的光度的差值。

进一步，所述基于预装体的当前位置利用悬臂抓取预装体并进行悬臂加载包括：

获取预装体所在位置的图像以及桥梁的相应图像；对采集的预装体视频图像进行处理，提取目标对象区域内的预装体特征；

对目标对象区域基于双目视觉采用组合匹配及深度校正模型来获取其深度信息；

确定预装体与安装位置之间是否有遮挡区域；若无遮挡区域，则利用悬臂抓取预装体并进行悬臂加载；若存在遮挡区域，则进行遮挡物判断，基于判断结果选择重新规划取物路径或移走遮挡物后，利用悬臂抓取预装体并进行悬臂加载。

进一步，所述确定预装体与安装位置之间是否有遮挡区域包括：

若为单个预装体，则采用几何计算方法快速检测其所在矩形与其它矩形有无重合或者在一定区域范围有无其它矩形；

若存在重合区域或者有其它矩形，采用基于预装体图像的区域映射检测方法来检测重合区域或者两矩形之间区域内有无预装体来进一步粗略判定预装体是否有遮挡区域。

本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明能不再受到对称吊装的局限，并且避免了为满足对称吊装前提中的运输条件而付出的巨大经济代价，极大地拓宽了桥梁悬臂拼装工艺的应用范围。

本发明步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好，施工过程安全，并且施工工期短，投入施工成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统结构示意图；

图中：1、图像采集模块；2、信息采集模块；3、中央控制模块；4、三维模型构建模块；5、顺序确定模块；6、定位模块；7、计算模块；8、加载数据确定模块；9、抓取模块；10、移动控制模块；11、调整模块；12、施工结果可视化模块。

图2是本发明实施例提供的基于采集的桥梁图像构建待施工桥梁的三维模型的方法流程图。

图3是本发明实施例提供的获得数字化桥梁模型的方法流程图。

图4是本发明实施例提供的确定预装体的当前位置以及安装位置坐标数据的方法流程图。

图5是本发明实施例提供的基于预装体的当前位置利用悬臂抓取预装体并进行悬臂加载的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统包括：

图像采集模块1，与中央控制模块3连接，用于利用摄像设备采集相应的施工现场、预装块以及桥梁的图像；

信息采集模块2，与中央控制模块3连接，用于采集预装块的重量、安装位置、施工信息以及其他相关信息；

中央控制模块3，与图像采集模块1、信息采集模块2、三维模型构建模块4、顺序确定模块5、定位模块6、计算模块7、加载数据确定模块8、抓取模块9、移动控制模块10、调整模块11以及施工结果可视化模块12连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；

三维模型构建模块4，与中央控制模块3连接，用于基于采集的桥梁图像构建待施工桥梁的三维模型；

顺序确定模块5，与中央控制模块3连接，用于基于采集的相关信息确定预装体的安装顺序；

定位模块6，与中央控制模块3连接，用于确定预装体的当前位置以及安装位置坐标数据；

计算模块7，与中央控制模块3连接，用于基于确定的位置坐标数据计算悬臂的移动距离，并结合预装块的重量确定悬臂移动的速度及其他信息；

加载数据确定模块8，与中央控制模块3连接，用于基于采集的预装块的重量及其他信息确定悬臂的加载数据；

抓取模块9，与中央控制模块3连接，用于基于预装体的当前位置利用悬臂抓取预装体并进行悬臂加载；

移动控制模块10，与中央控制模块3连接，用于基于确定的悬臂移动的相关数据进行悬臂的移动控制，并控制悬臂移动至确定的安装位置；

调整模块11，与中央控制模块3连接，用于基于采集的图像以及预装体的姿态数据进行预装体的高度、偏位以及姿态调整并进行预装体的拼装施工；

施工结果可视化模块12，与中央控制模块3连接，用于将施工过程利用三维可视化图像进行展示。

如图2所示，本发明实施例提供的基于采集的桥梁图像构建待施工桥梁的三维模型包括：

S101，对获取的相应桥梁图像以及周边环境数据进行降噪处理；

S102，根据降噪处理后的图像数据，结合Civil 3D技术依次构建出高精度原始桥梁曲面、桥梁段横断面装配、桥梁曲面；

S103，将桥梁曲面和原始桥梁曲面进行叠加处理，完成对原始桥梁曲面的填挖方处理，将处理后的原始桥梁曲面导入3ds Max中，获得数字化桥梁模型；

S104，将遥感影像图与数字化桥梁模型进行叠加建立整体的桥梁场景模型。

本发明实施例提供的对获取的相应桥梁图像以及周边环境数据进行降噪处理包括：

利用偏微分方程图像降噪的混合模型采用加权方法，通过权衡PM和TV模型得到能量函数，通过最小化能量函数降低噪声，能量泛函的表达式为：

其中k₀、L是常数，Δt是步长，N为迭代次数，对应的参数表达式是：

对应的欧拉方程为：

根据梯度下降流法，混合模型如下：

如图3所示，本发明实施例提供的获得数字化桥梁模型包括：

S201，将处理后的等高线数据导入Civil3D中，基于四叉树的Delaunay三角网快速构建出高精度原始桥梁曲面；

S202，根据桥梁横断面数据，采用Civil3D自带的桥梁横断面部件，结合Civil3D部件编辑器制作相应部件，完成桥梁横断面装配制作；

S203，根据纵断面数据以及中心线的平曲线信息，设置桥梁段横断面装配，在Civil3D中生成三维桥梁模型；并沿桥梁模型边界生成道路曲面；

S204，利用Civil3D的曲面叠加功能将桥梁曲面和原始桥梁曲面进行叠加处理，完成对原始桥梁曲面的填挖方处理；

S205，在Civil3D中，通过导出到3ds Max工具，将上述处理好的桥梁曲面转换成3ds Max支持的vsp3d文件，并在3ds Max中，根据工程设计图建立桥梁模型。

如图4所示，本发明实施例提供的确定预装体的当前位置以及安装位置坐标数据包括：

S301，获取连续的多帧场景图像，每一帧所述场景图像为相机将预装体所在三维场景投影至成像平面所形成的图像；确定所述多帧场景图像中，每相邻两帧场景图像的光度误差模型；

S302，根据每相邻两帧场景图像的光度误差模型，确定所述操控对象在每相邻两帧场景图像的获取时间间隔内的运动模型；

S303，根据所述运动模型，确定所述预装体在所述三维场景中所处的位置。

本发明实施例提供的三维场景中的光照变化率小于预设阈值，所述相机与所述预装体同步移动。

本发明实施例提供的光度误差模型基于多个光度差值建立，每个光度差值为所述三维场景中的一个空间点分别在所述相邻两帧场景图像中形成的成像点的光度的差值。

如图5所示，本发明实施例提供的基于预装体的当前位置利用悬臂抓取预装体并进行悬臂加载包括：

S401，获取预装体所在位置的图像以及桥梁的相应图像；对采集的预装体视频图像进行处理，提取目标对象区域内的预装体特征；

S402，对目标对象区域基于双目视觉采用组合匹配及深度校正模型来获取其深度信息；

S403，确定预装体与安装位置之间是否有遮挡区域；若无遮挡区域，则利用悬臂抓取预装体并进行悬臂加载；若存在遮挡区域，则进行遮挡物判断，基于判断结果选择重新规划取物路径或移走遮挡物后，利用悬臂抓取预装体并进行悬臂加载。

本发明实施例提供的确定预装体与安装位置之间是否有遮挡区域包括：

若为单个预装体，则采用几何计算方法快速检测其所在矩形与其它矩形有无重合或者在一定区域范围有无其它矩形；

若存在重合区域或者有其它矩形，采用基于预装体图像的区域映射检测方法来检测重合区域或者两矩形之间区域内有无预装体来进一步粗略判定预装体是否有遮挡区域。

以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统，其特征在于，所述轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统包括：

图像采集模块、信息采集模块、中央控制模块、三维模型构建模块、顺序确定模块、定位模块、计算模块、加载数据确定模块、抓取模块、移动控制模块、调整模块以及施工结果可视化模块；

图像采集模块，与中央控制模块连接，用于利用摄像设备采集相应的施工现场、预装块以及桥梁的图像；

信息采集模块，与中央控制模块连接，用于采集预装块的重量、安装位置、施工信息以及其他相关信息；

三维模型构建模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的桥梁图像构建待施工桥梁的三维模型；

所述基于采集的桥梁图像构建待施工桥梁的三维模型包括：

对获取的相应桥梁图像以及周边环境数据进行降噪处理：

利用偏微分方程图像降噪的混合模型采用加权方法，通过权衡PM和TV模型得到能量函数，通过最小化能量函数降低噪声，能量泛函的表达式为：

k＝k₀e^-Δt(n-1)，

其中k₀、L是常数，Δt是步长，N为迭代次数，对应的参数表达式是：

对应的欧拉方程为：

根据梯度下降流法，混合模型如下：

根据降噪处理后的图像数据，结合Civil 3D技术依次构建出高精度原始桥梁曲面、桥梁段横断面装配、桥梁曲面，再将桥梁曲面和原始桥梁曲面进行叠加处理，完成对原始桥梁曲面的填挖方处理，将处理后的原始桥梁曲面导入3ds Max中，获得数字化桥梁模型；

将遥感影像图与数字化桥梁模型进行叠加建立整体的桥梁场景模型；

移动控制模块，与中央控制模块连接，用于基于确定的悬臂移动的相关数据进行悬臂的移动控制，并控制悬臂移动至确定的安装位置；

调整模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的图像以及预装体的姿态数据进行预装体的高度、偏位以及姿态调整并进行预装体的拼装施工；

施工结果可视化模块，与中央控制模块连接，用于将施工过程利用三维可视化图像进行展示。

2.如权利要求1所述轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统，其特征在于，所述轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统还包括：

中央控制模块，与图像采集模块、信息采集模块、三维模型构建模块、顺序确定模块、定位模块、计算模块、加载数据确定模块、抓取模块、移动控制模块、调整模块以及施工结果可视化模块连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；

顺序确定模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的相关信息确定预装体的安装顺序；

定位模块，与中央控制模块连接，用于确定预装体的当前位置以及安装位置坐标数据；

计算模块，与中央控制模块连接，用于基于确定的位置坐标数据计算悬臂的移动距离，并结合预装块的重量确定悬臂移动的速度及其他信息；

加载数据确定模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的预装块的重量及其他信息确定悬臂的加载数据；

抓取模块，与中央控制模块连接，用于基于预装体的当前位置利用悬臂抓取预装体并进行悬臂加载。

3.如权利要求1所述轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统，其特征在于，所述根据降噪处理后的图像数据，结合Civil 3D技术依次构建出高精度原始桥梁曲面、桥梁段横断面装配、桥梁曲面，再将桥梁曲面和原始桥梁曲面进行叠加处理，完成对原始桥梁曲面的填挖方处理，将处理后的原始桥梁曲面导入3ds Max中，获得数字化桥梁模型包括：

将处理后的等高线数据导入Civil3D中，基于四叉树的Delaunay三角网快速构建出高精度原始桥梁曲面；

根据桥梁横断面数据，采用Civil3D自带的桥梁横断面部件，结合Civil3D部件编辑器制作相应部件，完成桥梁横断面装配制作；

根据纵断面数据以及中心线的平曲线信息，设置桥梁段横断面装配，在Civil3D中生成三维桥梁模型；并沿桥梁模型边界生成道路曲面；

利用Civil3D的曲面叠加功能将桥梁曲面和原始桥梁曲面进行叠加处理，完成对原始桥梁曲面的填挖方处理；

在Civil3D中，通过导出到3ds Max工具，将上述处理好的桥梁曲面转换成3ds Max支持的vsp3d文件，并在3ds Max中，根据工程设计图建立桥梁模型。

4.如权利要求2所述轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统，其特征在于，所述确定预装体的当前位置以及安装位置坐标数据包括：

获取连续的多帧场景图像，每一帧所述场景图像为相机将预装体所在三维场景投影至成像平面所形成的图像；

确定所述多帧场景图像中，每相邻两帧场景图像的光度误差模型；

根据每相邻两帧场景图像的光度误差模型，确定所述操控对象在每相邻两帧场景图像的获取时间间隔内的运动模型；

根据所述运动模型，确定所述预装体在所述三维场景中所处的位置。

5.如权利要求4所述轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统，其特征在于，所述三维场景中的光照变化率小于预设阈值，所述相机与所述预装体同步移动。

6.如权利要求4所述轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统，其特征在于，所述光度误差模型基于多个光度差值建立，每个光度差值为所述三维场景中的一个空间点分别在所述相邻两帧场景图像中形成的成像点的光度的差值。

7.如权利要求2所述轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统，其特征在于，所述基于预装体的当前位置利用悬臂抓取预装体并进行悬臂加载包括：

获取预装体所在位置的图像以及桥梁的相应图像；对采集的预装体视频图像进行处理，提取目标对象区域内的预装体特征；

对目标对象区域基于双目视觉采用组合匹配及深度校正模型来获取其深度信息；

确定预装体与安装位置之间是否有遮挡区域；若无遮挡区域，则利用悬臂抓取预装体并进行悬臂加载；若存在遮挡区域，则进行遮挡物判断，基于判断结果选择重新规划取物路径或移走遮挡物后，利用悬臂抓取预装体并进行悬臂加载。

8.如权利要求7所述轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统，其特征在于，所述确定预装体与安装位置之间是否有遮挡区域包括：

若为单个预装体，则采用几何计算方法快速检测其所在矩形与其它矩形有无重合或者在一定区域范围有无其它矩形；

若存在重合区域或者有其它矩形，采用基于预装体图像的区域映射检测方法来检测重合区域或者两矩形之间区域内有无预装体来进一步粗略判定预装体是否有遮挡区域。

9.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如权利要求1-7任意一项所述轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统。

10.一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-7任意一项所述轮胎式提梁机小曲线半径非平衡式悬臂及拼装施工系统。

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