CN114894815A - 基于三维激光扫描技术的建筑外立面缺陷识别系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于三维激光扫描技术的建筑外立面缺陷识别系统及方法，解决了现有检测技术存在局限无法实现缺陷定量化的缺点，其技术方案要点是包括有发射激光脉冲信号的激光器、测量与被测建筑外立面之间距离的激光测距模块、扫描计算获取扫描点三维坐标值的扫描装置、固定安装扫描装置的固定支座、采集外立面三维点云数据的数据采集模块、无线传输三维点云数据的无线传输数据模块、接收三维点云数据并处理的数据处理模块，还包括有对各设备模块进行设定及操作控制的控制模块，用于成像显示处理结果、调用、回看、存储数据的终端设备，本发明的能够在工程现场实现建筑外立面缺陷的定量化识别，可有效提高现场检测效率和缺陷识别精度。

Description

基于三维激光扫描技术的建筑外立面缺陷识别系统及方法
技术领域
本发明涉及建筑物无损检测技术，特别涉及一种基于三维激光扫描技术的建筑外立面缺陷识别系统及方法。
背景技术
受建筑物外墙材料选用不科学、现场施工质量不合格和外界环境变化的不利影响，我国建筑物外墙普遍存在起鼓、开裂、脱落现象，当前伤人伤物事故频发，因此准确高效地实现建筑物外立面缺陷现场检测是房屋检测工作中一项至关重要的任务。
当前建筑外立面安全性检测技术有拉拔试验、人工敲击法和红外热成像法，其中拉拔试验和人工敲击法需借助吊篮、爬墙机器人等辅助设备靠近被检建筑物外墙，检测效率低、危险系数大，且只能定性评估缺陷面积；红外热成像是一种非接触式无损检测技术，对于外立面缺陷的大面积定性普查具有一定的意义，但该技术需在外墙升温或降温时间段进行检测，且不能精确评估缺陷尺寸。上述检测技术均存在一定的技术局限性，无法实现缺陷的定量化。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于三维激光扫描技术的建筑外立面缺陷识别系统及方法，能够在工程现场实现建筑外立面缺陷的定量化识别，可有效提高现场检测效率和缺陷识别精度。
本发明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技术的建筑外立面缺陷识别系统，包括有：
激光器，用于发射激光脉冲信号；
激光测距模块，测量与被测建筑外立面之间的距离；
扫描装置，扫描计算获取扫描点的三维坐标值；
固定支座，用于固定安装扫描装置；
数据采集模块，采集外立面三维点云数据；
无线传输数据模块，通过加密WiFi无线传输三维点云数据；
数据处理模块，接收传输的三维点云数据并处理；
控制模块，对激光器、激光测距模块、数据采集模块、扫描装置进行设定及操作控制；
终端设备，成像显示处理结果，用于调用、回看、存储数据。
一种基于三维激光扫描技术的建筑外立面缺陷识别方法，包括有以下步骤：
S1、根据被测建筑外立面的距离和面积，确定三维激光扫描的测站位置和次数，设置激光信号的激励电压和信号采集精度，调试合适强度的激光脉冲信号；
S2、测量测站位置与被测目标表面测点之间的距离、水平扫描角和竖直扫描角，基于极坐标原理计算测点的三维坐标；通过扫描装置进行自动扫描，获取外立面被测表面的外立面三维点云数据；
S3、无线传输数据模块将三维点云数据通过加密WiFi传至数据处理模块，进行点云滤波、配准、分割和拼接处理，建立外立面三维数字化模型；
S4、基于三维数字化模型提取外立面平整度进行成像，生成外立面等高线，依据外立面缺陷判别准则确定缺陷位置、凸出缺陷高度/凹陷缺陷深度、缺陷面积，定量化识别缺陷；
S5、通过终端设备在现场实时显示外立面三维数字化模型、平整度图像和等高线图，计算、显示、存储每一所选缺陷的位置、高度/深度、面积。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
采用非接触式三维激光扫描获取建筑外立面平整度图和等高线图，适用于高层和超高层建筑外立面，适用范围广，外业作业效率高；
通过建筑外立面平整度图和等高线图，实现缺陷位置、高度/深度、面积定量化识别，解决了人工敲击、红外热成像等现有检测技术只能实现定性化的行业难题；
利用加密WiFi实现三维点云数据的快速无线传输至数据处理软件，智能化的点云处理算法可在检测现场快速处理数据、显示缺陷识别结果，数据处理效率高。
附图说明
图1为本系统的结构示意框图；
图2为本方法的流程示意图；
图3为实例中被测建筑外立面实景图；
图4为实例中被测建筑外立面平整度图；
图5为实例中建筑外立面等高线图。
图中：1、激光器；2、激光测距模块；3、控制模块；4、数据采集模块；5、无线传输数据模块；6、扫描装置；7、固定支座；8、三角可伸缩支架；9、数据处理模块；10、终端设备。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
根据一个或多个实施例，公开了一种基于三维激光扫描技术的建筑外立面缺陷识别系统，如图1所示，包括有激光器、激光测距模块、控制模块、数据采集模块、无线传输数据模块、扫描装置、固定支座、数据处理模块和终端设备，还包括有三角可伸缩支架。
激光器用于发射激光脉冲信号，通过控制模块的设定有序向被测建筑物外立面发射激光脉冲信号，激光波长优选为1550nm。激光测距模块则通过激光器发射的激光脉冲信号，测量与被测建筑外立面之间的距离，测距精度为1mm+2ppm。
扫描装置扫描计算获取扫描点的三维坐标值，具有测量水平扫描角和竖直扫描角功能，通过极坐标原理计算得到扫描点的三维坐标值。点位精度为1mm@50m，最高扫描速率为5000000点/秒。
数据采集模块采集外立面三维点云数据，根据精度由低到高划分有三种可设置调节精度。一个测站360°扫描时间不高于60秒，数据存储容量为1TB。
无线传输模块对采集的三维点云数据进行无线传输，通过加密WiFi将点云数据无线传输至所述数据处理模块，最高传输速率为150Mbps。
数据处理模块接收传输的三维点云数据并进行数据处理，包括有点云滤波、配准、分割、拼接处理、三维重建、平整度提取、等高线生成和等高线面积定量化。
固定支座与三角可伸缩支架进行连接安装，可对扫描装置进行固定安装以及调节，同样，固定支座可通过搭载于无人机实现在空中对建筑外立面的扫描，可用于高层或者超高层的建筑外立面扫描监测。
控制装置用于进行控制处理，包括有控制激光器按照设定进行发射、控制激光测距模块进行相对应的测距、控制扫描装置进行相应的扫描操作。
终端设备对数据处理的结果进行成像显示，优选可为平板作为终端设备，可用于结果显示、调用、回看以及数据存储。
根据一个或多个实施例，公开了一种基于三维激光扫描技术的建筑外立面缺陷识别方法，如图2所示，包括有以下步骤：
S1、根据被测建筑外立面的距离和面积，确定三维激光扫描的测站位置和次数，设置激光信号的激励电压和信号采集精度，调试合适强度的激光脉冲信号。
S2、测量测站位置与被测目标表面测点之间的距离、水平扫描角和竖直扫描角，基于极坐标原理计算测点的三维坐标；通过扫描装置进行自动扫描，获取外立面被测表面的外立面三维点云数据。
S3、无线传输数据模块将三维点云数据通过加密WiFi传至数据处理模块，进行点云滤波、配准、分割和拼接处理，建立外立面三维数字化模型。无线传输数据模块中无线路由器可以发射无线WiFi信号，终端设备的应用程序可以自动搜索、连接WiFi信号进行数据传输。
S4、基于三维数字化模型提取外立面平整度进行成像，生成外立面等高线，依据外立面缺陷判别准则确定缺陷位置、凸出缺陷高度/凹陷缺陷深度、缺陷面积，定量化识别缺陷。
外立面缺陷判别准则需根据建筑外立面是否存在饰面砖或外保温系统制定，且不同的饰面砖或外保温系统类型的缺陷判别准则亦不同。可采用平行线法计算等高线内外立面区域的面积；缺陷高度(深度)的识别分辨率可达1mm，缺陷面积的识别分辨率可达1mm2。
S5、通过终端设备在现场实时显示外立面三维数字化模型、平整度图像和等高线图，计算、显示、存储每一所选缺陷的位置、高度/深度、面积。终端设备的应用程序可以将包含缺陷信息的建筑外立面图纸以通用的文件格式输出，并可以输出电子版的缺陷数量、位置、类型、高度(深度)和面积信息统计表。
采用非接触式三维激光扫描获取建筑外立面平整度图和等高线图，适用于高层和超高层建筑外立面，适用范围广，外业作业效率高；通过建筑外立面平整度图和等高线图，实现缺陷位置、高度(深度)和面积定量化识别，解决了人工敲击、红外热成像等现有检测技术只能实现定性化的行业难题；利用加密WiFi实现三维点云数据的快速无线传输至数据处理软件，智能化的点云处理算法可在检测现场快速处理数据、显示缺陷识别结果，数据处理效率高。
具体的，对如图3所示的被测建筑外立面实景图进行上述步骤操作，基于三维数字化模型提取外立面平整度进行成像如图4所示，并生成外立面等高线如图5所示，依据外立面平整度大于20mm判定为缺陷，确定缺陷位置、凸出缺陷高度和缺陷面积，其中最大凸出缺陷的高度为80mm，面积为14.83m2，实现了缺陷的定量化识别。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种基于三维激光扫描技术的建筑外立面缺陷识别系统，其特征是，包括有：
激光器，用于发射激光脉冲信号；
激光测距模块，测量与被测建筑外立面之间的距离；
扫描装置，扫描计算获取扫描点的三维坐标值；
固定支座，用于固定安装扫描装置；
数据采集模块，采集外立面三维点云数据；
无线传输数据模块，通过加密WiFi无线传输三维点云数据；
数据处理模块，接收传输的三维点云数据并处理；
控制模块，对激光器、激光测距模块、数据采集模块、扫描装置进行设定及操作控制；
终端设备，成像显示处理结果，用于调用、回看、存储数据。
2.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描技术的建筑外立面缺陷识别系统，其特征是：所述扫描装置测量水平扫描角和竖直扫描角，通过极坐标原理计算得到扫描点的三维坐标值。
3.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描技术的建筑外立面缺陷识别系统，其特征是：所述数据处理模块进行点云滤波、配准、分割、拼接处理、三维重建、平整度提取、等高线生成和等高线面积定量化数据处理。
4.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描技术的建筑外立面缺陷识别系统，其特征是：所述激光器有序发射激光脉冲信号，发射激光波长为1550nm。
5.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描技术的建筑外立面缺陷识别系统，其特征是：还包括有连接于固定支座用于调整安装扫描装置的三角可伸缩支架。
6.一种基于三维激光扫描技术的建筑外立面缺陷识别方法，其特征是，包括有以下步骤：
S1、根据被测建筑外立面的距离和面积，确定三维激光扫描的测站位置和次数，设置激光信号的激励电压和信号采集精度，调试合适强度的激光脉冲信号；
S2、测量测站位置与被测目标表面测点之间的距离、水平扫描角和竖直扫描角，基于极坐标原理计算测点的三维坐标；通过扫描装置进行自动扫描，获取外立面被测表面的外立面三维点云数据；
S3：无线传输数据模块将三维点云数据通过加密WiFi传至数据处理模块，进行点云滤波、配准、分割和拼接处理，建立外立面三维数字化模型；
S4：基于三维数字化模型提取外立面平整度进行成像，生成外立面等高线，依据外立面缺陷判别准则确定缺陷位置、凸出缺陷高度/凹陷缺陷深度、缺陷面积，定量化识别缺陷；
S5：通过终端设备在现场实时显示外立面三维数字化模型、平整度图像和等高线图，计算、显示、存储每一所选缺陷的位置、高度/深度、面积。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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