[發(fā)明專利]一種塔式古建筑形變監(jiān)測與分析的方法及裝置

有效

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• 申請日: 2019-03-07
• 公開（公告）號: CN109916323B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭可才
• 申請（專利權(quán)）人: 北京申信達成科技有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 北京慕達星云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 曹鵬飛

本發(fā)明公開了一種塔式古建筑形變監(jiān)測與分析的方法及裝置，該方法包括：根據(jù)三維激光掃描儀獲取待測塔式古建筑的點云數(shù)據(jù)；通過全站儀獲取所述待測塔式古建筑周圍控制點坐標，建立監(jiān)測絕對坐標系；所述控制點為在所述待測塔式古建筑周圍布設(shè)的標靶控制點；將所述點云數(shù)據(jù)配準到所述絕對坐標系；對所述待測塔式古建筑的單根柱子的偏移、單層的偏移、整體偏移、整體傾斜和扭轉(zhuǎn)，進行形變處理分析。本發(fā)明獲取塔式古建筑的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)全面且精確，以便能夠及早制定合理的保護方案防止古建筑物形變危害加速發(fā)展。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測繪科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種塔式古建筑形變監(jiān)測與分析的方法及裝置。

背景技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)是一種全新的測繪手段，利用激光測距的原理，獲取被測物體表面大量的密集離散點的三維坐標、反射率等信息進行全方位、各角度、內(nèi)外全面和無接觸式的數(shù)據(jù)采集，可快速建立出被測物體的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)，憑借其高效率、高精度、不接觸古建筑本體的優(yōu)勢，在古建筑勘測中受到越來越多的重視。

比如以山西應(yīng)縣木塔為例,該塔又稱佛宮寺釋迦塔,位于山西省應(yīng)縣城內(nèi)西北隅。木塔建于遼代清寧二年(1056)是我國現(xiàn)存最高最古老的木構(gòu)塔式建筑，歷史文化價值極高。近1000年來，木塔經(jīng)受過多次強烈地震影響和人為破壞，木材性質(zhì)發(fā)生變化，承載能力減弱，下部幾層構(gòu)件遭到損壞，使木塔整體產(chǎn)生了傾斜和扭轉(zhuǎn)，而且隨著時間的推移日趨嚴重。對應(yīng)縣木塔進行保護是古建筑文化遺產(chǎn)保護領(lǐng)域的重要工作，為了科學(xué)地對木塔進行保護，需要了解木塔的現(xiàn)狀，對木塔的形變情況進行全面的分析，以便制定合理的保護方案，確保木塔安全、傳承千年文明。

近年來多次對木塔進行了研究分析，隋坤等人利用工程測量方法研究應(yīng)縣木塔損壞的原因，得出木塔基礎(chǔ)總的趨勢是南高北低，各層間處于相對扭曲狀態(tài)；陳特等人利用有限元軟件對應(yīng)縣木塔進行模擬分析，得到二層明層整體向東北方向傾斜其中W23號柱傾斜最大；陳平等人通過對應(yīng)縣木塔二層明層的有限元分析，二層明層總體向北和北偏東方向傾斜，其南、東南、東、東北四面的內(nèi)外槽柱身均向北偏東方向傾斜，塔身柱網(wǎng)呈逆時針方向扭轉(zhuǎn)，但是西南、西、西北、北面的內(nèi)外槽柱卻以順時針方扭轉(zhuǎn)和傾斜；杜雷鳴等人利用數(shù)值模擬方法研究木塔的動力特性及抗震性能，得出木塔二層明層是木塔的薄弱層，其位移角接近倒塌的限值，在設(shè)防地震作用下有倒塌的可能。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取方法多為單點獲取，常用的方法有水準儀、經(jīng)緯儀、全站儀、傳感器獲取等，精度可達到亞毫米級。在密集型遺產(chǎn)監(jiān)測中常作為一種全局控制手段。

但上述多種方式，均無法獲取建筑物準確的相關(guān)健康參數(shù),因此，如何全面的獲取建筑物的形變參數(shù)，還無法有效解決。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述問題，本發(fā)明通過三維激光掃描儀獲取待測塔式古建筑點云數(shù)據(jù)，同時利用全站儀進行控制測量，可獲取待測塔式古建筑全面的結(jié)構(gòu)參數(shù)，進而可實現(xiàn)對待測塔式古建筑的形變處理分析，以便制定合理的保護方案止住建筑物變形的發(fā)展。

第一方面，本發(fā)明提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種塔式古建筑形變監(jiān)測與分析的方法，包括：

根據(jù)三維激光掃描儀獲取待測塔式古建筑的點云數(shù)據(jù)；

通過全站儀獲取所述待測塔式古建筑周圍控制點坐標，建立監(jiān)測絕對坐標系；所述控制點為在所述待測塔式古建筑周圍布設(shè)的標靶控制點；

將所述點云數(shù)據(jù)配準到所述絕對坐標系；

對所述待測塔式古建筑的單根柱子的偏移、單層的偏移、整體偏移、整體傾斜和扭轉(zhuǎn)，進行形變處理分析。

在一個實施例中，所述根據(jù)三維激光掃描儀獲取待測塔式古建筑的點云數(shù)據(jù)，包括：

采用中遠程三維激光掃描儀獲取待測塔式古建筑的外部點云數(shù)據(jù)，生成外部點云模型；

采用近程三維激光掃描儀獲取待測塔式古建筑的內(nèi)部點云數(shù)據(jù)，生成內(nèi)部點云模型；