[發明專利]一種基于點云曲面特征約束的建筑物局部變形分析方法

有效

• 申請號: 202010142140.8
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111369609B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 周保興;李晉;宋雷
• 申請（專利權）人: 山東交通學院
• 主分類號: G06T7/521
• 分類號: G06T7/521;G06T7/60;G06T7/10;G01B11/16;G01B11/24
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種基于建筑物點云曲面特征約束的局部變形分析方法，首先，對獲取的建筑物密集點云數據進行預處理和數據分割，得到建筑物各表面的點云數據；其次，對分割后點云數據進行曲面特征識別，判斷建筑物表面的曲面類型，并根據曲面類型，對點云數據進行曲面擬合計算，得到建筑物各表面的曲面特征參數；然后，根據建筑物曲面特征參數，對建筑物曲面的尺寸約束和結構約束進行計算；最后，根據建筑物曲面特征約束關系，判斷建筑物曲面之間的空間位置關系，并分析曲面之間的局部變。本發明能對建筑物不同部位的局部變形情況進行判斷，從局部的多個角度去分析和評價建筑物的安全性，提高了建筑物變形分析的精度和可靠性。

技術領域

本發明具體涉及一種基于建筑物點云曲面特征約束的局部變形分析方法。

背景技術

近年來，為了能夠滿足城市居民的住房需求，不斷涌現出結構復雜的大型建筑物，這也為建筑物的安全埋下了隱患。因此，需要采用快速、高精度的建筑物變形監測手段，對建筑物進行測量，及時獲取最新的變形信息。傳統三維測量技術主要是高精度地測量目標的某一個或多個離散定位點的三維坐標數據及該點三維特性，該技術僅能測量定位點數據，并且測量不同定位點間的簡單幾何尺寸。三維激光掃描數據處理技術可以重建目標模型及分析結構特性，并且進行全面的后處理及提取目標結構的復雜幾何內容，可以分析目標模型的形變、位移及各部分結構之間的變化關系等。因此，將三維激光掃描技術應用到建筑物變形測量，研究基于三維點云模型的建筑物形體特征的提取原理和方法，具有重要意義。

利用三維激光掃描技術進行建筑物變形監測，首先需要運用合理的方法確定出能夠正確反映建筑物變化情況的形體特征。建筑物可以由若干部位或結構組成，而點、線、面等特征又組成了建筑物中的部位與結構。建筑物中的點、線、面特征不僅具有幾何約束特征，比如形狀、位置、大小等，其內部之間還具有復雜的拓撲關系，而這才是空間實體依存的基礎。因此，研究建筑的形體特征就不僅要對建筑物點、線、面對象的位置、形狀、長度、大小、面積、體積等約束特征進行研究，還要對建筑物內部以及不同建筑物之間的幾何關系特征進行研究，包括它們之間的距離關系、平行關系、垂直關系等。

因此，對于研究建筑物的形體特征及變形分析來說，確定出建筑物的點、線、面特征僅僅只是開始，因為建筑物要符合設計要求，保證建筑物能夠安全地運行，其各組成部分之間以及同周圍事物之間要滿足一定的幾何關系，這種幾何關系對建筑物各組成部分以及建筑物之間起到約束和校核的作用，而點、線、面等形體特征只是這些幾何關系的基礎。由于建筑物主要由平面、柱面等二次曲面構成，本發明將三維激光掃描技術應用于建筑物變形監測，提出了基于建筑物點云數據曲面約束關系的局部變形分析方法。

目前，三維激光掃描測量技術進行建筑物的變形監測，已經出現了多種基于點云數據的變形量分析計算方法，主要包括：點對點的直接比較分析法，點云到平面的變形分析法，平面之間的比較分析法，點云數據的特征量比較分析法。對于點對點的變形分析方法，不確定是否能在兩個不同的時期采樣到完全相同的點，并且從不同角度掃描測量，物體上的點密度可能會有所不同，因此直接的點對點比較是不合適的?；邳c到平面或平面之間變形量計算方法，雖然將面特征參數應用到變形監測中，但只是用到了平面特征參數，不能滿足大型復雜建筑物的變形監測的需要。基于建筑物整體點云數據特征提取方法，比如主成分分析法，只是利用數學計算方法對整體點云數據的主成分向量進行提取，該方法仍然沒有考慮建筑物各曲面之間的約束關系，因此，也不能對建筑物各部位之間的局部空間變形進行判斷。除此之外，目前基于建筑物點云數據的曲面特征提取方法，大多只是利用曲率和法失向量，將具有相似特征的點云數據區分開來，來實現點云數據的分割，并沒有進行點云數據曲面類型的判斷識別，更沒有將建筑物曲面之間的約束關系應用到建筑物變形監測中，因此，在建筑物的變形分析中就沒有考慮建筑物各部位之間的相對變形，從而會降低建筑物變形監測的精度和可靠性。

發明內容

發明目的：針對現有技術的不足，將建筑物曲面自動識別技術和曲面約束關系判斷技術應用到建筑物變形監測中，提出了一種基于點云曲面特征約束的建筑物局部變形分析方法，以提高變形監測精度和可靠性。