[發明專利]混凝土組合箱梁殘缺三維激光點云的自動逆向建模方法

在審

• 申請號: 202111165659.9
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN114091139A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 宋健;劉泓佚;徐林;陳磊;吳文清;周小燚;王新雅;杜永軍;唐志強;李燕軍
• 申請（專利權）人: 無錫市城市重點建設項目管理中心;東南大學;無錫交通建設工程集團有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06T17/20;G06T7/11;G06T7/187;G06F111/06;G06F111/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 周科技

本發明公開了一種混凝土組合箱梁殘缺三維激光點云的自動逆向建模方法，該方法包括：采集獲取梁體三維點云數據并進行預處理；初步定位后獲取端面形狀邊界；與設計數據的進行近似最佳匹配識別梁體類型，并利用最小生成樹(MST)輔助的分類方法將邊界點集分類擬合為實際邊界線方程，同時獲取如懸臂高度，頂底面特征點等數據；二次定位梁體后參考設計數據獲取其他逆向建模特征平面方程，同時利用分段投影的方式獲得梁體縱向線形修正數據；最后根據特征平面方程求得逆向建模特征交點，利用縱向線形數據進行修正。該方法能夠解決施工現場遮擋造成的梁體點云數據特定平面部分或全部缺失的問題，實現梁體精確的逆向建模特征自動提取。

技術領域

本發明屬于橋梁結構技術領域，具體涉及一種混凝土組合箱梁殘缺三維激光點云的自動逆向建模方法。

背景技術

為保證混凝土組合箱梁的拼裝質量，防止由于施工誤差引起的拼裝施工困難，一般采用虛擬預拼裝方式進行事先拼裝仿真，校驗拼裝質量。虛擬仿真拼裝的基礎是首先借助三維激光點云技術獲取梁體形狀特征，然后采用虛擬預拼裝技術才能完成相應工作。然而，受制于現場條件，掃描到的三維激光點云數據往往是不完整的，一般都缺乏箱梁頂面、底面和被鋼筋遮擋的懸臂側面，這為后續的逆向建模帶來了一定困難。目前建筑構件的數字孿生和機器學習重建，都是近似擬合為相對規整的構件形式，提取出構件的長、寬、高等數據，服務于以設計參數為目的的逆向建模，但是近似處理會改變構件原有尺寸及形貌，形成梁體尺寸及形貌的相對誤差，降低拼裝檢測的精度，因此常規的近似擬合方法用于虛擬仿真拼裝技術中也有待商榷。另外，由于混凝土構件的表面粗糙度較高，其點云數據的不規整度也較高。如何避免過多的梁體參數調整和人工交互的成果校核，快速有效的逆向建模，是混凝土梁體三維仿真逆向建模的難題。

因此，亟需開發一種針對混凝土組合箱梁殘缺三維激光點云精度較高、效率較高的逆向建模特征數據獲取方式。同時，由于該方法主要針對的是預拼裝的逆向建模工作，部分對預拼裝質量判定影響較小的結構特征將會予以一定程度的簡化。

發明內容

本發明的目的在于提出一種混凝土組合箱梁殘缺三維激光點云的自動逆向建模方法，能夠針對常見的組合箱梁在一般條件下獲取的殘缺點云數據，在一定的初始預設參數給定后，進行較高精度的逆向建模特征數據自動獲取。

為達到上述目的，本發明提出了適用于混凝土組合箱梁殘缺三維激光點云的自動逆向建模方法，包括以下步驟：

S1，采集獲取梁體三維點云數據并進行預處理；

S2，初步定位后獲取端面形狀邊界，提取實際邊界點集；

S3，與設計數據進行近似最佳匹配識別梁體類型，并利用最小生成樹(MST)輔助的分類方法將邊界點集分類擬合為實際邊界線方程，同時獲取懸臂高度，頂底面特征點；

S4，利用S3中擬合計算的箱梁端面邊界線方程求得箱梁頂、底面平面方程并二次定位梁體，然后參考設計數據獲取其他逆向建模特征平面方程，同時利用分段投影的方式獲得梁體縱向線形修正數據；

S5，根據各特征平面方程求得逆向建模特征交點，并利用線形修正參數進行調整，對梁體進行三次定位，使得底面縱向中線與X軸平行，底面中點與坐標原點重合。

進一步的，所述步驟S2，提取實際邊界點集，具體包括：

對梁整體數據進行擬合，初步定位梁長方向，獲取梁體端面的種子點數據，并利用區域生長法形成端面相關點云，擬合平面后，投影并降維相關點云形成端面形狀，提取實際邊界點集。

進一步的，所述步驟S3，具體包括：

將實際邊界點集與設計特征點集進行最佳匹配，使設計特征點集中各點到實際邊界點集中最近點的距離總和最小，并形成設計特征邊集；

利用最小生成樹對實際邊界點集進行邊界預測，形成預測邊界集；