CN115469328A - 一种基于激光点云的数字化基坑验收方法 - Google Patents

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张成炜
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Abstract

本发明公开一种基于激光点云的数字化基坑验收方法，包括如下步骤：外业勘测，明确场地需要验收的基坑数量和尺寸，同时根据场地状况规划无人机的飞行区域和线路；点云数据采集，利用无人机搭载的激光雷达设备采集验收区域的点云数据；点云数据预处理，对采集点云数据进行包括噪声滤波处理等预处理；建立每一基坑的三维模型，同时对三维模型进行预处理，在每一基坑的三维模型上设置基坑检查面；将三维模型与预处理后的点云数据导入分析软件；根据基坑检查面设置检查空间，忽略检查空间外点云数据，分别统计不同检查空间内的点云数据，计算检查空间内所有点云数据的期望值E，分别与验收标准比对是否超出限定值，进而得出是否通过验收的结论。

Description

一种基于激光点云的数字化基坑验收方法
技术领域
本发明具体涉及一种基于激光点云的数字化基坑验收方法，属于工程验收技术领域。
背景技术
基坑是在基础施工的前置工序，按基底标高和基础平面尺寸所开挖的土坑，基坑开挖的质量将影响后置工序的质量。在电力基建领域，基坑的智能化检测和验收支撑技术尚处于初期发展阶段，对于基坑验收测量方面，长期以来，通常采用卷尺、全站仪等测量工具进行人工测量，但是，当基坑数量较多，基坑尺寸较大且较深时，测量和验收效率将会大幅下降。专利号为CN201910681501.3 的专利“一种基坑智能测量系统及方法”，公开了利用智能移动终端对基坑内布设好的各个方向测距单元进行测量，并将最终测得的数据上传至中央处理器，可自动对测量数据进行整理、保存并形成基坑的三维模型，但是，该方法中需要到达待测量或验收的基坑进行数据采集，对于较深基坑的测量具有风险，其次，测量和验收过程受地形、地物条件的限制，而且获取的数据离散，很难反映立体监测成果。
机载激光雷达，作为激光雷达与无人机相结合的一种应用系统，能够直接有效地测量三维现实世界，并且具有全天候作业、数据精度高、层次细节丰富等优点，机载激光雷达已经应用在水利行业、道路测量和电力巡检等方面。无人机激光雷达可提供高密度的激光点云，对待测区域进行准确描绘，实现对相关检测结果的数字化、可追溯化和可分析化。
发明内容
为了现有技术中基坑验收存在的问题，本发明目的在于提供一种基于激光点云的数字化基坑验收方法，通过无人机搭载激光雷达设备，采集验收基坑的现场点云数据；将现场点云数据与三维模型数据进行拟合分析，获得验收结论。
本发明的技术方案如下：
一种基于激光点云的数字化基坑验收方法，包括如下步骤：
(1)外业勘测，明确场地需要验收的基坑数量和尺寸，同时根据场地状况规划无人机的飞行区域和线路；
(2)点云数据采集，利用无人机搭载的激光雷达设备采集验收区域的点云数据；
(3)点云数据预处理，对采集点云数据进行包括噪声滤波处理、点云分类等预处理；
(4)建立每一基坑的三维模型，同时对三维模型进行预处理，在每一基坑的三维模型上设置基坑检查面；
(5)将三维模型与预处理后的点云数据导入分析软件；
(6)根据基坑检查面设置检查空间，忽略检查空间外点云数据，分别统计不同检查空间内的点云数据，计算检查空间内所有点云数据的期望值E，分别与验收标准比对是否超出限定值，进而得出是否通过验收的结论。
进一步的，所述步骤(4)中检查面的设置方法包括如下步骤：
(41)在基坑的三维模型上分别设置基坑壁检查面和基坑底部检查面；
(42)对设置的不同检查面进行属性定义，用于后续分析软件自动识别使用。
进一步的，所述步骤(6)中基坑壁检查面的检查空间是以基坑壁检查面高为检查空间的高为顶，以基坑壁检查面的长为检查空间的长以基坑壁检查面为中心分别垂直于基坑壁检查面底部向两侧延伸400mm后形成的厚度为宽构成的区域；所述基坑底部检查面的检查空间是以基坑底部检查面的长为检查空间的长，以基坑底部检查面的宽为检查空间的宽，以基坑底部检查面为中心分别垂直于基坑壁检查面底部向两侧延伸400mm后形成的厚度为高构成的区域。
进一步的，所述步骤(6)中期望值由每一检查面内所有点云数据的水平坐标按照正态分布就算得到的；
所述检查面为基坑壁检查面时，基坑壁检查面内所有点云数据的水平坐标按照正态分布计算，求出期望值E(X)，
E(X)＝X1*p(X1)+X2*p(X2)+…+Xn*p(Xn)；其中，Xn为距离，单位为mm；p (Xn)为发生概率；
所述检查面为基坑底部检查面时，基坑底部检查面内所有点云数据的水平坐标按照正态分布计算，求出期望值E(Z)，
E(Z)＝Z1*p(Z1)+Z2*p(Z2)+…+Zn*p(Zn)；其中，Zn为距离，单位为mm；p(Zn) 为发生概率。
相较于现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供了一种基于激光点云的数字化基坑验收方法，用于输变电工程的基坑验收，通过基坑内点云数据的采集和分析后，将得出的数据与基坑开挖的验收精度进行比较后得出验收结论，当验收基坑数量较多，基坑较大、较深时，通过本发明提供的方法进行不同基坑点云数据采集和自动化比较分析，可以快速得出结论，验收效率高，减少工作量；
2、本发明提供的验收方法全部通过自动化设计，验收结论更加客观和准确，能够克服现有技术中人为测量验收时存在的主观判断问题和验收工具不同产生的验收结论不同问题；
3、本发明提供的验收方法提升了现场数字化采集率，验收采集的点云数据可用于项目后评价、工程量判别等其它应用，克服了现有技术中测量结果未有数字化归档，可追溯性较差的问题以及目前验收方法只能够得到结论性数据，未采集现场全数据，拓展性较差的问题。
附图说明
图1为本发明验收方法流程图；
图2为本发明中检查面设置示意图；
图3为本发明实施例1中基坑壁检查面检查空间设置示意图；
图4为本发明实施例1中基坑底部检查面检查空间设置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和较佳实施例对本发明做进一步的说明，在本发明中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值；对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
如图1所示，一种基于激光点云的数字化基坑验收方法，包括如下步骤：
(1)外业勘测，明确场地需要验收的基坑数量和尺寸，同时根据场地状况规划无人机的飞行区域和线路，需要确定搭载激光雷达的无人机的起飞点、降落点以及飞行区域、飞行高度、飞行架次；
(2)点云数据采集，利用无人机搭载的激光雷达设备采集验收区域的点云数据；
(3)点云数据预处理，对采集点云数据进行包括噪声滤波处理、点云分类等预处理；
(4)建立每一基坑的三维模型，同时对三维模型进行预处理，在每一基坑的三维模型上设置基坑检查面；输变电工程的基坑多为正多边体，例如长方体基坑，每一个基坑的检查面分别包括基坑壁检查面和基坑底部检查面，如图2 所示；对设置的不同检查面进行属性定义，例如进行代码定义设置为JK-JCM-01，用于后续分析软件自动识别使用；
(5)将三维模型与预处理后的点云数据导入分析软件；
(6)根据基坑检查面设置检查空间，忽略检查空间外点云数据，分别统计不同检查空间内的点云数据，计算检查空间内所有点云数据的期望值E，分别进行比对是否超出验收限定值，进而得出是否通过验收的结论。
进一步的，所述步骤(6)中基坑壁检查面的检查空间是以基坑壁检查面高为检查空间的高为顶，以基坑壁检查面的长为检查空间的长以基坑壁检查面为中心分别垂直于基坑壁检查面底部向两侧延伸400mm后形成的厚度为宽构成的区域；所述基坑底部检查面的检查空间是以基坑底部检查面的长为检查空间的长，以基坑底部检查面的宽为检查空间的宽，以基坑底部检查面为中心分别垂直于基坑壁检查面底部向两侧延伸400mm后形成的厚度为高构成的区域；其中， 400mm的宽度限制是根据验收标准上限的2倍设定(避免采集误差而导致漏数据)，验收标准是国家电网有限公司输变电工程施工质量验收中通用的，如表1 所示：
表1基坑、基槽土方开挖验收要求
Figure BDA0003820461930000051
进一步的，所述步骤(6)中期望值由每一检查面内所有点云数据的水平坐标按照正态分布计算得到的；本实施例中以一个2m深和2m宽的检查面为例说明检查空间内的点云数据采集方案和期望值计算方法；
当所述检查面为基坑壁检查面时，如图3所示，以基坑壁检查面高为检查空间的高为顶，以基坑壁检查面的长为检查空间的长以基坑壁检查面为中心分别垂直于基坑壁检查面底部向两侧延伸400mm后形成的厚度为宽构成的区域，设置基坑壁检查面上的检查空间，进行检查空间内的点云数据采集，对于超出检查空间的点云全部忽略；
若基坑壁检查面检查空间内无点云数据，则认为基坑壁严重偏离设计值，验收不合格，直接发送报警；
若采集到点云数据后，将采集到的所有点云数据的水平坐标(X轴)按照正态分布计算，求出期望值E(X)；
E(X)＝X1*p(X1)+X2*p(X2)+…+Xn*p(Xn)；其中，Xn为距离，单位为mm；
p(Xn)为发生概率；
将基坑壁检查面的检查空间内统计的点云数据后求出期望值E(X)与基坑壁检查面的X轴坐标进行对比，若数值超过表1中的“长度和宽度”限定值则发送报警，为验收不合格；
当所述检查面为基坑底部检查面时，如图4所示，以基坑底部检查面的检查空间是以基坑底部检查面的长为检查空间的长，以基坑底部检查面的宽为检查空间的宽，以基坑底部检查面为中心分别垂直于基坑壁检查面底部向两侧延伸400mm后形成的厚度为高构成的区域，设置基坑底部检查面上的检查空间，进行检查空间内的点云数据采集，对于超出检查空间的点云全部忽略；
若基坑底部检查面检查空间内无点云数据，则认为基坑底部严重偏离设计值，验收不合格，直接发送报警；
若采集到点云数据后，将采集到的所有点云数据的水平坐标(Z轴)按照正态分布计算，求出期望值E(X)；
E(Z)＝Z1*p(Z1)+Z2*p(Z2)+…+Zn*p(Zn)；其中，Zn为距离，单位为mm；
p(Zn)为发生概率；
将基坑底部检查面的检查空间内统计的点云数据后求出期望值E(Z)与基坑壁检查面的Z轴坐标进行对比，若数值超过表1中的“标高”限定值则发送报警，为验收不合格。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于激光点云的数字化基坑验收方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)外业勘测，明确场地需要验收的基坑数量和尺寸，同时根据场地状况规划无人机的飞行区域和线路；
(2)点云数据采集，利用无人机搭载的激光雷达设备采集验收区域的点云数据；
(3)点云数据预处理，对采集点云数据进行包括噪声滤波处理、点云分类等预处理；
(4)建立每一基坑的三维模型，同时对三维模型进行预处理，在每一基坑的三维模型上设置基坑检查面；
(5)将三维模型与预处理后的点云数据导入分析软件；
(6)根据基坑检查面设置检查空间，忽略检查空间外点云数据，分别统计不同检查空间内的点云数据，计算检查空间内所有点云数据的期望值E，分别与验收标准比对是否超出限定值，进而得出是否通过验收的结论。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光点云的数字化基坑验收方法，其特征在于，所述步骤(4)中检查面的设置方法包括如下步骤：
(41)在基坑的三维模型上分别设置基坑壁检查面和基坑底部检查面；
(42)对设置的不同检查面进行属性定义，用于后续分析软件自动识别使用。
3.根据权利要求2所述的一种基于激光点云的数字化基坑验收方法，其特征在于，所述步骤(6)中基坑壁检查面的检查空间是以基坑壁检查面高为检查空间的高为顶，以基坑壁检查面的长为检查空间的长以基坑壁检查面为中心分别垂直于基坑壁检查面底部向两侧延伸400mm后形成的厚度为宽构成的区域；所述基坑底部检查面的检查空间是以基坑底部检查面的长为检查空间的长，以基坑底部检查面的宽为检查空间的宽，以基坑底部检查面为中心分别垂直于基坑壁检查面底部向两侧延伸400mm后形成的厚度为高构成的区域。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光点云的数字化基坑验收方法，其特征在于，所述步骤(6)中期望值由每一检查面内所有点云数据的水平坐标按照正态分布计算得到的。
5.根据权利要求1所述的一种基于激光点云的数字化基坑验收方法，其特征在于，所述步骤(6)中检查面为基坑壁检查面时，基坑壁检查面内所有点云数据的水平坐标按照正态分布计算，求出期望值E(X)，
E(X)＝X1*p(X1)+X2*p(X2)+…+Xn*p(Xn)；其中，Xn为距离，单位为mm；p(Xn)为发生概率；
所述步骤(6)中检查面为基坑底部检查面时，基坑底部检查面内所有点云数据的水平坐标按照正态分布计算，求出期望值E(Z)，
E(Z)＝Z1*p(Z1)+Z2*p(Z2)+…+Zn*p(Zn)；其中，Zn为距离，单位为mm；p(Zn)为发生概率。
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