[發明專利]基于點云數據分析的升船機船廂變形監測方法

有效

• 申請號: 202010529587.0
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111750794B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 李然;周新聰;齊俊麟;鄭衛力;何子軒;金鋒;潘志遠;范世東;王婷婷;游強
• 申請（專利權）人: 長江三峽通航管理局;武漢理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;E02C1/00;G06T7/90;G06T15/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

本發明公開了基于點云數據分析的升船機船廂變形監測方法，選擇船廂的關鍵部位或結構件作為變形測量對象，在測區設置掃描站點，架設激光掃描儀，對激光掃描儀進行校準；利用激光掃描儀對升船機船廂進行掃描，得到船廂的點云數據；導入點云后處理軟件，生成高度色階圖及變形測量對象的檢測圖；將變形測量對象的點連接成折線，形成CAD分析圖，分析船廂的變形情況。本發明在不影響三峽升船機正常通航的情況下，利用三維激光掃描儀技術快速、高效地完成了對三峽升船機船廂變形測量，測量精度高；利用點云后處理軟件生成點云數據高度色階圖及變形測量對象的檢測圖，便于直觀分析出船廂變形測量對象的變形情況。

技術領域

本發明屬于升船機監測領域，具體涉及一種基于點云數據分析的升船機船廂變形監測方法。

背景技術

三峽升船機是目前世界上規模最大、運行條件最復雜、技術難度最高的升船機，船廂總重量約15500t，最大提升高度113m，上、下游通航水位變幅分別為30m和11.8m，下游水位變率±0.50m/h，最大通過船舶排水量達3000t。三峽升船機為全平衡垂直升船機，采用齒輪齒條爬升型式驅動機構、長螺母柱—短螺桿型式安全機構，是船舶通過三峽樞紐的快速過壩通道，對提高三峽樞紐通航過壩能力具有重要意義。

升船機船廂是自承載式的焊接鋼結構，為升船機的主體結構，具有尺寸大、結構復雜等特點，且與塔柱存在配合關系。升船機船廂變形的影響因素包括自身因素、環境因素及外部因素，船廂的變形一定程度上會改變船廂與塔柱間的配合，為防止長期運行過程中因船廂變形可能產生的不良影響，需進行變形監測，采集相關數據分析不同工況下船廂結構變形和姿態變化規律。

三維激光掃描技術集測量、影像和高速三維掃描于一體，通過對大范圍目標對象進行點云掃描，采集目標點的三維坐標數據用于相關分析。相較于其他傳統測量技術，三維激光掃描技術具有高效率、高適應性、高精度、非接觸性、直觀性和高度數字化等優勢。

目前國內外關于大型升船機設備設施的狀態監測較為欠缺，沒有三維激光掃描技術用于船廂變形監測的方法，因此研究一種升船機船廂三維激光掃描儀變形監測方法。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，提供一種基于點云數據分析的升船機船廂變形監測方法，利用激光掃描儀對升船機船廂進行掃描，得到船廂的點云數據，導入點云后處理軟件，生成高度色階圖及變形測量對象的檢測圖，將變形測量對象的點連接成折線，形成CAD分析圖，分析船廂的變形情況。

本發明的技術方案是基于點云數據分析的升船機船廂變形監測方法，選擇船廂的關鍵部位或結構件作為變形測量對象，利用激光掃描儀對升船機船廂進行掃描，得到船廂的點云數據，導入點云后處理軟件，生成高度色階圖及變形測量對象的檢測圖，以便分析船廂變形情況，所述升船機船廂變形監測方法包括以下依次執行的步驟，

步驟1：在升船機船廂底部下沉測區設置掃描站點，架設三維激光掃描儀，對激光掃描儀進行校準；

步驟2：設置三維激光掃描儀的掃描精度，利用三維激光掃描儀對升船機船廂進行掃描，得到升船機船廂的點云數據；

步驟3：將船廂的點云數據導入點云后處理軟件，提取出船廂點云數據模型；

步驟4：利用點云后處理軟件對點云數據進行渲染，生成點云數據高度色階圖及變形測量對象的檢測圖；

步驟5：選取船廂的變形測量對象的點連接成折線，形成CAD分析圖，擬合出水平基準面、垂直基準面，分析船廂變形測量對象相對基準面的偏移量；

步驟6：將船廂的變形數據與歷史時期的船廂的變形數據進行對比分析，判斷船廂變形趨勢。

進一步地，所述選擇船廂的關鍵部位或結構件作為變形測量對象，以船廂前側面、船廂護岸、船廂下底面主縱梁為測量對象。

進一步地，步驟1中，所述對激光掃描儀進行校準包括利用雙軸自動水準補償器進行水平傾角的調平。