CN114462132A - 一种施工过程深基坑稳定性可视化监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种施工过程深基坑稳定性可视化监测方法，涉及深基坑施工监测技术领域，本发明通过无人机激光点云扫描的方式采集深基坑的点云数据，所采集到的数据精度高，且无需在施工现场铺设大量线缆维持数据采集需求，并且根据深基坑工程图纸建立有深基坑等效BIM模型，通过点云数据建立深基坑现场点云模型，将建立的深基坑等效BIM模型与深基坑现场点云模型进行差异比对，并将比对后的结果以不同的颜色呈现在模型展示模块上，在监测数据可视化的基础上，提升了对深基坑施工过程中稳定性的监测效率，直观简洁，区分性更强。
Description
技术领域
本发明涉及深基坑施工监测技术领域，具体涉及一种施工过程深基坑稳定性可视化监测方法。
背景技术
深基坑工程是指开挖深度5m及以上的基坑/基槽的土方开挖、支护、降水工程，以及开挖深度16m及以上的人工挖孔桩工程。在常规输变电工程中，深基坑主要应用于输电线路工程中的人工挖孔桩基础、掏挖基础、大开挖基础以及变电站的事故油池、地下变电站等基坑的开挖中，深基坑作业主要存在高处坠落、物体打击、坍塌、中毒、爆炸、触电、窒息等风险，而深基坑施工工序繁杂，安全隐患较多，据统计每年因基坑开挖施工引发的塌陷事故达数千起，造成了严重的人员伤亡和经济损失，而事故的发生多数是因为基坑监测布设不合理、监测精度不足、数据传输存在漏洞或者监测系统不完善导致，据此，现今技术人员研发有对应的深基坑监测方法，然而，现有的监测方法中常在深基坑内安设传感器，辅以多种检测数据转换融合，最终获得深基坑监测数据，但传感器安设位置较分散，相邻传感器之间间隙难以保持一致，不能够完善地采集深基坑内土层应变数据，稳定性监测效率低，且传感器安设时需要铺设诸多线缆，维持传感器的正常监测需求，所以，该类监测方法得到的监测数据有精度低、人力物力资源耗费大，多数据融合过程繁杂等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种施工过程深基坑稳定性可视化监测方法，包括以下步骤：
S1：根据深基坑施工图纸，建立深基坑等效BIM模型；
S2：通过无人机激光点云扫描的方式采集深基坑的点云数据，对点云数据进行预处理，建立深基坑现场点云模型；
S3：在等效BIM模型上导入点云模型，将等效BIM模型与点云模型进行比对，得出差异值，在等效BIM模型上显示差异结果。
优选的，所述步骤S2中对点云数据进行预处理，建立深基坑现场点云模型时，包括以下步骤：
S21：根据深基坑等效BIM模型对点云数据进行坐标系的调整，再对点云数据进行均匀化处理；
S22：在均匀化处理后的点云数据中提取出深基坑图像数据，生成灰度栅格图像；
S23：利用Harris角点提取算法在生成的灰度栅格图像中提取特征点数据；
S24：采用ICP算法，对特征点数据进行噪声剔除，获取无粗差的点云数据；
S25：采用四元数配准算法对无粗差的点云数据进行滤波、配准、压缩和分割，建立深基坑现场点云模型。
优选的，所述步骤S21中，根据深基坑等效BIM模型对点云数据进行坐标系的调整时，将采集的深基坑点云数据由点云原始极坐标转换到深基坑等效BIM模型所在的直角坐标。
优选的，所述步骤S21中的均匀化处理为，采用体素滤波的方式，将进行坐标系调整后的点云数据在扫描的竖直方向上进行稀疏处理。
一种施工过程深基坑稳定性可视化监测系统，其特征在于，包括以下内容：
BIM模型建模模块：用于根据深基坑施工图纸信息建立深基坑等效BIM模型，并接收点云模型建模模块的建模数据；
点云模型建模模块：用于根据点云数据建立深基坑现场点云模型，并将建模数据传输至BIM模型建模模块处；
差异比对模块：用于将深基等效BIM模型与深基坑现场点云模型进行差异值比对；
模型展示模块：用于接收深基坑等效BIM模型数据、深基坑现场点云模型数据、差异值数据，并以不同的颜色显示在BIM模型上；
坐标系转换模块：用于根据深基坑等效BIM模型对点云数据进行坐标系的调整；
栅格图像生成模块：用于利用插值算法对深基坑图像数据进行处理，生产灰度栅格图像；
噪声剔除模块：用于利用滤波算法剔除点云数据中的非深基坑特征点；
一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种施工过程深基坑稳定性可视化监测方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现所述一种施工过程深基坑稳定性可视化监测方法的步骤。
本发明的有益效果是：
本发明通过无人机激光点云扫描的方式采集深基坑的点云数据，所采集到的数据精度高，且无需在施工现场铺设大量线缆维持数据采集需求，并且根据深基坑工程图纸建立有深基坑等效BIM模型，通过点云数据建立深基坑现场点云模型，将建立的深基坑等效BIM模型与深基坑现场点云模型进行差异比对，并将比对后的结果以不同的颜色呈现在模型展示模块上，在监测数据可视化的基础上，提升了对深基坑施工过程中稳定性的监测效率，直观简洁，区分性更强。
附图说明
图1显示为一种施工过程深基坑稳定性可视化监测方法的流程图；
图2显示为一种施工过程深基坑稳定性可视化监测系统的原理图。
具体实施方式
下面结合本发明的附图1～2，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，一种施工过程深基坑稳定性可视化监测方法，包括以下步骤：
S1：根据深基坑施工图纸，建立深基坑等效BIM模型；
S2：通过无人机激光点云扫描的方式采集深基坑的点云数据，对点云数据进行预处理，建立深基坑现场点云模型；
S3：在等效BIM模型上导入点云模型，将等效BIM模型与点云模型进行比对，得出差异值，在等效BIM模型上显示差异结果。
具体的，所述步骤S2中对点云数据进行预处理，建立深基坑现场点云模型时，包括以下步骤：
S21：根据深基坑等效BIM模型对点云数据进行坐标系的调整，再对点云数据进行均匀化处理；
S22：在均匀化处理后的点云数据中提取出深基坑图像数据，生成灰度栅格图像；
S23：利用Harris角点提取算法在生成的灰度栅格图像中提取特征点数据；
S24：采用ICP算法，对特征点数据进行噪声剔除，获取无粗差的点云数据；
S25：采用四元数配准算法对无粗差的点云数据进行滤波、配准、压缩和分割，建立深基坑现场点云模型。
传统的深基坑可视化检测方法，通常是对深基坑施工现场进行检测时，在深基坑内安设多个传感器，再将接收到的检测数据进行融合整理，从而完成对深基坑应变数据进行检测的目的，再针对融合整理后的检测数据，建立现场BIM模型，同时根据图纸数据建立标准BIM模型，将现场BIM模型与标准BIM模型进行比对，该类方法在获取深基坑应变数据时，采用安设传感器的方式时，不仅现场安装需铺设大量缆线，耗费人力物理，数据采集后还需将压力、距离、角度等多项数据进行整合，数据处理过程繁琐；
而无人机激光点云扫描方式通常采用激光扫描仪完成，激光扫描仪获取的是目标物体表面每个采样点的空间三维坐标，这样许多个采样点会形成一个点的集合，称为点云数据，采用电云数据采集的方式，只需进行一次数据采集，并且只需对一项数据进行处理，数据采集和处理效率均相对于传统检测方式具有极大的提升；电云数据的特点是立体化、数据量大、高密度、带有目标物光学特征信息；一般情况下，点云数据包含的信息有点的空间三维坐标(X、Y、Z)、颜色信息(RGB)、反射强度、目标实体的影像信息；这些数据一起存在特定格式的数据文件中。通常情况下点云数据都是以文本形式组织或为媒介相互转化的；
通过激光扫描仪获取的点云数据一般称之为原始点云数据，原始点云数据必须经过处理才能用来建模，必须要经过点云数据配准、点云数据滤波、点云数据压缩、点云数据分割等操作处理，才能建立网格，生成模型，并进行纹理映射，最后加入到点云模型建模模块中，实现点云模型建模模块数据的各种应用；。
具体的，所述步骤S21中，根据深基坑等效BIM模型对点云数据进行坐标系的调整时，将采集的深基坑点云数据由点云原始极坐标转换到深基坑等效BIM模型所在的直角坐标。
由于点云数据采集环境的复杂性，在进行点云数据采集时，常常需要通过合理地布设多个测点、多角度、有一定重合度的对目标深基坑进行扫描，这样采集到的每个测点的数据都有自己的坐标系，为了后续工作的顺利进行，我们必须把这不同坐标系下的数据统一到同—个坐标系下，即生产点云原始极坐标，再将点云原始级坐标转化为与深基坑等效BIM模型适配的直角坐标，便于深基坑现场点云模型与深基坑等效BIM模型进行差异值比较。
具体的，所述步骤S21中的均匀化处理为，采用体素滤波的方式，将进行坐标系调整后的点云数据在扫描的竖直方向上进行稀疏处理。
如图1所示，一种施工过程深基坑稳定性可视化监测系统，其特征在于，包括以下内容：
BIM模型建模模块：用于根据深基坑施工图纸信息建立深基坑等效BIM模型，并接收点云模型建模模块的建模数据；
点云模型建模模块：用于根据点云数据建立深基坑现场点云模型，并将建模数据传输至BIM模型建模模块处；
差异比对模块：用于将深基等效BIM模型与深基坑现场点云模型进行差异值比对；
模型展示模块：用于接收深基坑等效BIM模型数据、深基坑现场点云模型数据、差异值数据，并以不同的颜色显示在BIM模型上；
坐标系转换模块：用于根据深基坑等效BIM模型对点云数据进行坐标系的调整；
栅格图像生成模块：用于利用插值算法对深基坑图像数据进行处理，生产灰度栅格图像；
噪声剔除模块：用于利用滤波算法剔除点云数据中的非深基坑特征点；
一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种施工过程深基坑稳定性可视化监测方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现所述一种施工过程深基坑稳定性可视化监测方法的步骤。
Claims (7)
1.一种施工过程深基坑稳定性可视化监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据深基坑施工图纸，建立深基坑等效BIM模型；
S2：通过无人机激光点云扫描的方式采集深基坑的点云数据，对点云数据进行预处理，建立深基坑现场点云模型；
S3：在等效BIM模型上导入点云模型，将等效BIM模型与点云模型进行比对，得出差异值，在等效BIM模型上显示差异结果。
2.根据权利要求1所述的一种施工过程深基坑稳定性可视化监测方法，其特征在于，所述步骤S2中对点云数据进行预处理，建立深基坑现场点云模型时，包括以下步骤：
S21：根据深基坑等效BIM模型对点云数据进行坐标系的调整，再对点云数据进行均匀化处理；
S22：在均匀化处理后的点云数据中提取出深基坑图像数据，生成灰度栅格图像；
S23：利用Harris角点提取算法在生成的灰度栅格图像中提取特征点数据；
S24：采用ICP算法，对特征点数据进行噪声剔除，获取无粗差的点云数据；
S25：采用四元数配准算法对无粗差的点云数据进行滤波、配准、压缩和分割，建立深基坑现场点云模型。
3.根据权利要求1所述的一种施工过程深基坑稳定性可视化监测方法，其特征在于，所述步骤S21中，根据深基坑等效BIM模型对点云数据进行坐标系的调整时，将采集的深基坑点云数据由点云原始极坐标转换到深基坑等效BIM模型所在的直角坐标。
4.根据权利要求1所述的一种施工过程深基坑稳定性可视化监测方法，其特征在于，所述步骤S21中的均匀化处理为，采用体素滤波的方式，将进行坐标系调整后的点云数据在扫描的竖直方向上进行稀疏处理。
5.一种施工过程深基坑稳定性可视化监测系统，其特征在于，包含权利要求1-4所述的一种施工过程深基坑稳定性可视化监测方法，包括以下内容：
BIM模型建模模块：用于根据深基坑施工图纸信息建立深基坑等效BIM模型，并接收点云模型建模模块的建模数据；
点云模型建模模块：用于根据点云数据建立深基坑现场点云模型，并将建模数据传输至BIM模型建模模块处；
差异比对模块：用于将深基等效BIM模型与深基坑现场点云模型进行差异值比对；
模型展示模块：用于接收深基坑等效BIM模型数据、深基坑现场点云模型数据、差异值数据，并以不同的颜色显示在BIM模型上；
坐标系转换模块：用于根据深基坑等效BIM模型对点云数据进行坐标系的调整；
栅格图像生成模块：用于利用插值算法对深基坑图像数据进行处理，生产灰度栅格图像；
噪声剔除模块：用于利用滤波算法剔除点云数据中的非深基坑特征点。
6.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述一种施工过程深基坑稳定性可视化监测方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述一种施工过程深基坑稳定性可视化监测方法的步骤。
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