[發明專利]一種手持式三維激光掃描測量堆石壩試坑體積方法

有效

• 申請號: 202110262956.9
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113074631B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 華正超;姚強;何軍;李洪濤;吳鈺;楊興國;戚順超;羅登澤;李東;黃國良;王建國
• 申請（專利權）人: 中國水利水電第七工程局有限公司;四川大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 成都禾創知家知識產權代理有限公司 51284
• 代理人: 劉凱

本發明公開了一種手持式三維激光掃描測量堆石壩試坑體積方法，先平整壩料面，放置套環，開挖試坑；然后根據試坑直徑、深度，及堆填材料，確定點間距、激光顏色和掃描方式；再用手持式彩色三維掃描儀伸入試坑內部，按坑壁曲率由小到大的順序進行掃描，并對得到的點云進行處理：去噪，精簡，封裝，填充，然后選取試坑模型頂部一圈環狀區域，進行平面最佳擬合；最后把擬合平面作為xoy平面，z軸方向朝下；將整個試坑模型向xoy平面投影，投影區域即為積分區間S，計算試坑模型的小棱柱體的體積，相加得到整個試坑體積。本發明操作靈活簡單，能夠快速掃描各種類型試坑，獲取高質量的點云數據，高效快速處理數據，精確計算試坑體積。

技術領域

本發明涉及土石壩施工質量檢測技術領域，具體為一種手持式三維激光掃描測量堆石壩試坑體積方法。

背景技術

土石壩施工質量直接關系到大壩的運行安全，有效地控制壩體填筑碾壓質量是保證大壩安全的關鍵。高堆石壩壩體填筑量巨大，壩體填筑料的碾壓質量至關重要，要采用合適的智能化、機械化的壓實度檢測方法以提高檢測速度和精度。目前挖坑灌水法仍是土石壩碾壓質量檢測的常用方法，主要遵循《碾壓式土石壩施工規范》(DL/T?5129-2001)的規定。在挖坑灌水法中，采用灌水法測量試坑體積存在費時費力、效率低、精度差和易受人為因素影響等缺陷。研究如何智能化、機械化實現試坑體積精確高效測量尤為迫切，因此有必要尋找新的體積測量的方法，提高試坑體積檢測的速度和精度。

堆石壩填筑碾壓時，每層壩料需壓實再經取樣檢測合格后，方可繼續填筑。在壓實度檢測方法中，挖坑灌水法是土石壩碾壓質量檢測常用的方法，采用灌水法測量試坑體積存在較多的缺陷，表現如下：

(1)耗時耗力、效率低。過渡料、堆石料試坑體積大，導致體積測量時因灌水量大需裝水車輸水；灌水過程進度慢；灌水過程中溢水必須重新作業；作業人員多。

(2)精度低、誤差大。灌水法未考慮塑料薄膜和坑壁、壩料面、套環存在空隙；來回灌水過程中出現的水滴灑落；人為判斷水面與套環邊緣是否齊平，主觀性大。

(3)受人為因素影響大。灌水法測量試坑體積時易在灌水量讀取過程、人為記錄過程和計算過程等環節出現錯誤，受人為因素影響較大。

隨著科學技術的發展，三維激光掃描技術有了重大突破，最近幾年，三維激光掃描技術不斷發展并日漸成熟，三維掃描設備也逐漸商業化，三維激光掃描儀的巨大優勢就在于可以快速掃描被測物體，不需反射棱鏡即可直接獲得高精度的掃描點云數據，可以高效地對真實世界進行三維建模和虛擬重現。基于其掃描速度快，一秒內可以快速掃描大量的數據點，并可以描繪出物體的輪廓，對于試坑這種不規整的體積，引進三維激光掃描儀進行體積測量，這對于提高壓實度檢測精度和速度具有很大意義。

但在試坑體積測量中，利用固定式三維激光掃描儀測量試坑體積的方法仍存在很多問題。固定式三維激光掃描儀安置在試坑外側對試坑進行掃描，但過渡料、堆石料場試坑坑壁凹凸程度嚴重，試坑掃描時大面積坑壁凹凸處無法掃描，因而點云數據處理時需要對大量孔洞進行填充，導致試坑模型與實際試坑出現了較大偏差，無法滿足檢測準確度和精度要求。通過兩次掃描來計算試坑體積的方法，即開挖前對壩料面進行一次掃描、開挖后對試坑進行一次掃描，再利用特征標志將開挖前后的掃描結果拼接，使試坑封閉以此計算試坑體積的方法，理論上可以增加體積計算精度，但實際情況是開挖過程中壩料面被破壞導致拼接困難，同時增加了點云數據量和點云數據處理步驟導致后續數據處理速度變慢，降低了體積計算效率和精度。

由于存在以上缺點，挖坑灌水法常常不能滿足機械化和智能化施工的要求，采用固定式三維激光掃描儀測量試坑體積的方法因存有大量掃描盲區導致檢測準確性和精度不足。具體如下：

1、灌水法測量過渡料、堆石料試坑時因灌水量大導致測量速度慢；人為讀取灌水量、記錄數據和計算數據等各種人為因素導致偶爾獲取錯誤數據，準確程度低。