重庆市某大型桥梁结构检测与三维数字化建模技术服务案例

三维激光扫描建模技术在质量安全检测领域的应用领域现状及展望

三维激光扫描建模技术是一项新兴的测绘建模技术,它包含了三维激光扫描技术和三维数字建模技术.三维激光扫描技术自从二十世纪九十年代中期出现以来,获得突飞猛进的发展,因为这项技术具有非接触性,快速性,实时,动态,主动,且高密度,高精度,数字化,自动化等特性,被认为是继GPS空间定位系统之后,测绘技术领域的一项革命性突破.它的原理是采用高速激光扫描,大面积高分辨率地快速获取周围环境及被测对象表面的三维坐标和图像信息,进而为建立物体的三维影像模型提供数据.而三维数字建模技术,是在高速激光扫描测量技术的基础上,通过处理测量对象的密集"点云",建立物体的三维几何图像模型的技术.三维数字模型的特点是具有和实物一样真实的几何信息,较为真实的色彩纹理信息,从而可以用相应的系统软件对物体模型进行真实测量,面积计算,体积计算,变化差值分析,以及生成各种二维平面图,彩色立面,剖面图,等值线图等多样性量测结果,为进一步研究提供帮助. 目前三维扫描仪有多种,按厂家的不同,有德国的Z+F,美国Surphaser,日本的拓普康等.本文结合德国的Z+F IMAGER 5010C进行讨论,因为其为一款由最可靠的相移技术发展衍生出来的高端产品,拥有相对较领先的处理速度和简单的操作界面,可大大提高效率,为三维激光扫描树立了新标准.同时有专门的优化软件Polyworks,可对其未加校正的扫描测量仪的数据加以校正,以获取高精度的扫描效果. 作为一种新兴的革命性技术,三维激光建模技术的应用极为广泛,已经成功地在文物保护,建筑测量,土地测绘,隧道工程,采矿业,变形监测,大型结构设计,飞机船舶制造,桥梁改建等领域里得以应用,并且以极为迅猛的速度不断发展.下面我们就该技术在古建筑及工艺的文物保护,施工和运营中的地铁隧道,农村土地整理,核电厂,化工厂等工业建构筑物,建构筑物施工及竣工应用等方面展开讨论,一窥三维激光建模技术在各个应用领域的现状以及未来可能的进一步发展.

基于三维激光扫描和BIM模型在桥梁施工阶段质量管理中的研究

目前我国桥梁在施工阶段的质量管理中存在缺乏可视化的有效监控,信息化数字化技术应用较少,材料物资缺乏有效的监管,信息交流不畅,信息有效利用率低下等问题,因此需要借助先进的施工监测技术和信息管理方法来实现对桥梁施工质量的有效管理,三维激光扫描和BIM模型的结合是最好的选择.首先阐述了三维激光扫描和BIM在桥梁质量管理中的应用现状,并通过分析指出三维激光扫描结合BIM模型在桥梁质量管理中的研究和应用分析还较少,有必要开展相应的研究.利用三维激光扫描采集的点云数据和BIM模型的对接,分析了基于三维激光扫描和BIM模型在桥梁质量管理中的可行性和必然性.最后以中心滩黄河大桥为例,采用三维激光扫描和BIM模型在其施工质量管理中的应用,对国内其他桥梁质量管理中采用基于三维激光扫描和BIM模型具有借鉴意义.

大跨度预应力混凝土桥智能拆除技术现状与展望

为实现大跨度预应力混凝土桥拆除的安全可控,通过分析桥梁拆除的特点及存在的技术问题,明确了基于数字孪生体技术的桥梁智能拆除的概念,厘清了桥梁智能拆除技术的发展阶段,展望了基于数字孪生体技术的桥梁智能拆除应用前景,综述了数字孪生体技术在桥梁工程中的研究现状;结合某大桥拆除工程案例,对数字孪生体技术进行探索应用,不断提高桥梁拆除过程内力状态预测和控制精度,避免再利用构件二次损伤.研究结果表明:大跨度预应力混凝土桥拆除具有恒载内力状态不确定和施工状态不可控的特点,拆除时的结构力学行为是一个瞬间释放的过程,当主梁恒载负弯矩无法匹配预应力提供的正弯矩时,墩梁结合处梁段存在底板拉裂和顶板压溃的风险;服役桥梁在荷载和环境长期耦合作用下结构性能不断劣化,由于养护不到位导致桥梁过早进入病害高发期,迫切需要通过养护加固提升结构性能,但是"过度医疗"的桥梁结构在经过长期运营后结构性能劣化速率会不断加快,将大大缩短桥梁的使用寿命,因此在最佳的养护时机采取合适的养护措施可以有效延长桥梁使用寿命;然而,一系列维修加固措施又会使得桥梁结构状态精准评估和预测愈发困难;桥梁智能拆除是借助新一代信息技术,实时掌握桥梁拆除全过程的真实受力状态,通过数据驱动虚拟桥梁在拆除过程中进行自感知,自演化,自学习,自评估,自决策和自执行,逐步实现人机协同拆除,自动化智能拆除的施工创新模式;借助三维激光扫描仪和全站仪对桥梁结构进行数字重构,精准掌握桥梁恒载分布状况及拆除梁段吊重,通过状态反演的方法对拆除前外观病害和拆除中结构响应进行状态验证和模型修正,明确病害成因及演化规律,掌握结构恒载内力状态,动态调整监控阈值逐步逼近桥梁真实应力状态,从而预先识别风险工况并采取积极高效的安全控制措施,实现桥梁拆除过程的精准预测和控制;对桥梁拆除后再利用构件进行精确测量,有损检测,耐久性试验和长期性能实时监测,有助于提高数字化检测技术的测量精度和效率,推动桥梁结构长期性能演化规律研究;基于数字孪生体技术的桥梁智能拆除研究方向应重点关注桥梁损伤构件无损检测技术及定量分析方法,桥梁结构病害和长期性能演化规律,既有损伤的桥梁结构精细化模拟仿真技术,基于物联网技术的桥梁智能监测系统,基于数据驱动的智能拆除机器人自动化施工技术和桥梁全生命周期内数字模型构建,使用,维护,管理体系.

基于无人机倾斜摄影和三维激光扫描的桥梁数字化建模方法

为开展无人机倾斜点云与车载激光点云的数据融合,实现融合数据的优势互补,弥补倾斜摄影技术观测视角上的不足,完成桥梁的高精度数字化还原,针对无人机倾斜摄影测量技术无法全面获取完整地物三维信息,导致建模中存在桥梁三维模型局部纹理扭曲,空洞的问题,提出了一种利用无人机倾斜摄影技术与三维激光扫描技术进行多源数据融合建模的方法.首先用倾斜实景三维重建技术将无人机获取的桥梁倾斜实景三角网数据转换为倾斜密集点云.然后针对两种数据分布特点,基于同名平面几何特征的点云配准方法,对待匹配点云中的公共面进行初步提取,并利用多分区最小二乘拟合算法进行去噪.接着对去噪的平面点云使用RANSAC算法进行平面拟合,使用四元数坐标转换模型计算旋转矩阵,建立了间接平差误差方程计算融合参数,将两种点云进行了高精度融合.最后利用全视角覆盖的融合点云数据进行了精细三角网重建,通过纹理自动映射得到融合后的桥梁精细化模型.试验结果表明:影响倾斜实景模型精度的因素主要是数据融合误差和建模误差;基于多源数据融合的建模方法既能保证三维模型的重建效率和精度,又能修正无人机倾斜摄影建模存在的桥梁底部纹理,为桥梁数字化还原提供了可行的方法.

知识驱动的梁桥点云实例级分割技术

在桥梁全周期数字化运维需求背景下,桥梁快速逆向建模技术成为搭建运维数据底座的关键环节,扫描所采集三维点云数据是构成运维档案与数字孪生体的关键要素.数字管控框架下构件语义信息的准确性依赖点云实例语义分割的精度.为实现典型桥梁构件的高精度,可解释实例分割,引入设计知识作为语义信息,对知识驱动的实例级点云分割方法进行研究.首先,通过基于聚类的数据优化处理类别级分割中的归类错误,提升实例提取参数精度.其次,根据设计准则给定的构件间几何关系,确定桥面板边界与梁轴分布.最后,基于桥墩中心线及纵,横梁正交布局的形式化规则,构建动态边界框,实现桥面板与梁的实例级分割.在真实扫描点云数据上的实施结果表明,该方法具有良好实例级分割性能,降低了语义分割算法对数据的依赖性,可为桥梁从扫描点云至数字孪生体自动化建模技术提供支持.

基于BIM模型的工程结构数字化预拼装方法,系统及应用

本发明属于构件预制数据识别技术领域,公开了基于BIM模型的工程结构数字化预拼装方法,系统及应用.该方法包括对加工完毕等待拼装的节段梁进行扫描并转换成模型,得到准确的构件误差;点云模型结合BIM模型进行节段梁模拟预拼装;利用三维激光扫描技术进行桥梁线形和拼装精度检测.本发明实现对节段梁的施工过程三维高精度记录与数据分析,在提高拼装精度方面发挥重要作用.对加工完毕等待拼装的节段梁进行扫描并转换成模型,得到准确的构件误差,并进行模拟预拼装,辅助预制安装,实现了三维激光扫描结合BIM技术在提高预制节段梁拼装精度中的应用.