CN109724573A - 基于三维激光检测***获取房屋指标参数的扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于三维激光检测***获取房屋指标参数的扫描方法，包括在房屋适当位置架设站点，将扫描仪整平地设立在站点的固定脚架上；在扫描仪的周边摆设反射标靶，调整反射标靶的靶心位置，让其与扫描仪的光轴平行；对扫描仪的扫描参数进行初始化设置后启动扫描仪对房屋结构进行扫描；采集每个反射标靶的高程坐标，通过多个反射标靶的高程坐标进行站点拼接，并对扫描仪的坐标系转换为相匹配的工程坐标系中形成点云数据；对房屋构件进行鉴定检测，并将鉴定检测的房屋构件的位置及其鉴定结果标记在点云数据中；导入CAD中生成房屋平面图，获取房屋整体指标的几何参数。本发明通过三维激光扫描检测***代替人工测量方式，提高检测效率和检测精度。

Description

基于三维激光检测***获取房屋指标参数的扫描方法

技术领域

本发明涉及结构鉴定技术领域，尤其涉及基于三维激光检测***获取房屋指标参数的扫描方法。

背景技术

目前，在结构鉴定中，要收集建筑的勘察报告、施工和竣工验收的相关资料；当资料不全时，应根据鉴定需要进行补充实测。在现场检测建筑物结构的情况时，使用手持式激光测距仪和钢卷尺对主要轴网尺寸、各层净高和构件截面尺寸进行测量。

但是，现有的测量方法存在以下缺陷：

(1)人工测量工作反复且误差较大，数据后期处理繁琐，效率低下，无法满足建筑发展智能化的趋势；

(2)采用传统测量方法，大量的不确定信息和因素，与结构的几何特性和人为因素有关，检测数据具有不确定性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于三维激光检测***获取房屋指标参数的扫描方法，通过三维激光扫描检测***代替人工测量方式，提高检测效率和检测精度。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

基于三维激光检测***获取房屋指标参数的扫描方法，包括：

步骤S1：在房屋适当位置架设站点，将扫描仪整平地设立在站点的固定脚架上；

步骤S2：在扫描仪的周边摆设反射标靶，调整反射标靶的靶心位置，让其与扫描仪的光轴平行；

步骤S3：对扫描仪的扫描参数进行初始化设置后启动扫描仪对房屋结构进行扫描；

步骤S4：采集每个反射标靶的高程坐标，通过多个反射标靶的高程坐标进行站点拼接，并对扫描仪的坐标系转换为相匹配的工程坐标系中形成点云数据；

步骤S5：根据房屋的结构特点与现场检测条件，对房屋构件进行鉴定检测，并将鉴定检测的房屋构件的位置及其鉴定结果标记在点云数据中；

步骤S6：将点云数据导入CAD软件中生成结构平面图，获取房屋整体指标的几何参数。

进一步地，所述步骤S2中扫描仪与反射标靶之间距离5～10米，反射标靶正对扫描仪，可通过反射标靶的高程坐标扭转扫描仪的坐标系，使之形成相匹配的工程坐标系。

进一步地，所述反射标靶的数量设置为3～5个，反射标靶的数量越多，转换坐标精度越高，标靶正对仪器，用于转换大地坐标和站点拼接。

进一步地，所述步骤S3中的扫描参数初始化设置包括但不限于设置扫描分辨率、测程、颜色获取以及扫描角度。

分辨率为垂直与水平角的角度分辨率，可理解为单束激光之间的夹角角度，在不同半径的点云密度值。不同的成果需求可设置不同的分辨率，点云的最高密度值可达零点几个毫米；测程则为以仪器主机为中心的扫描半径，测程可从1.5米至6000米不等(不同款式与测距类型的扫描仪测程不同)；颜色获取则是为扫描点云添加RGB色值，点云本身只具有反射率和振幅两种基本显示方式，有外置和内置相机(数码相机)，就可以在扫描完成之后，拍摄全景照片，将其赋予在点云上，使点云数据更直观。

进一步地，所述扫描角度默认为水平角360°与垂直角60°～320°。

进一步地，所述步骤S4中的高程坐标通过RTK或GPS方式获取。

进一步地，所述步骤S4之后还包括步骤S41：当扫描所生成的点云数据中缺少建筑物现场信息的局部数据时，则在数据缺失的建筑物区域重新摆设站点，利用扫描仪对该建筑物区域进行补充测量。

进一步地，所述建筑物现场信息包括但不限于主要轴线尺寸、楼层层高、建筑分割、门窗、洞口位置、结构布置、混凝土构件截面尺寸。

现今的所有激光扫描仪，激光都不具备穿透性，也就只能所见即所得，不免在复杂环境中会造成数据缺失。因此在数据内业处理完成之后，如有缺失，还需及时补充测量，以保证数据的完整性。

进一步地，所述步骤S5中对房屋构件进行鉴定检测包括但不限于对房屋构建的混凝土强度值、房屋的相对不均匀沉降趋势、房屋的整体倾斜情况、房屋整体损伤情况进行检测。

且抽芯位置、房屋不均匀沉降、整体倾斜情况和房屋受损情况可进一步直观的反映在建筑物点云数据中及结构平面图中，将上述房屋的现场检测数据标记在点云数据中，能让点云数据内容更加完善，让房屋的整体数据更加完整。

进一步地，对房屋构建的混凝土强度值的检测方法为：

步骤S51：随机抽取重点部位或有代表性的构件，每个构件选取10个测区，每个测区布置16个测点，用砂轮磨光混凝土表面后，采用混凝土回弹仪测量回弹值，考虑碳化深度(≥6mm)的修正，推定各测区的混凝土换算强度；

步骤S52：采用混凝土钻孔取样机随机抽取代表性的构件的混凝土芯样，对其混凝土强度进行检测，用作回弹法检测混凝土强度的修正。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

采用三维扫描仪可解决人工测量工作反复且误差较大的问题，大幅度提高测量的精准度，从而提高检测效率，采用三维扫描仪建立了建筑物平面图，可快速获取房屋整体指标的几何参数，提高整体检测效率。

附图说明

图1为本发明基于三维激光检测***获取房屋指标参数的扫描方法流程图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1所示，基于三维激光检测***获取房屋指标参数的扫描方法，包括：

步骤S1：在房屋适当位置架设站点，将扫描仪整平地设立在站点的固定脚架上；

三维激光扫描仪站点可设置在建筑物周边的高处或视野开阔处，将脚架固定在站点上，将三维激光扫描仪固定在脚架上后，通过调节脚架上的螺栓将三维激光扫描仪稳固在脚架的基座上。

由于大部分三维激光扫描仪都内置有角度补偿，通过角度补偿可获知三维激光扫描仪是否处于平整状态，补偿范围在±0.5°～±10°之间，若有角度补偿，则大致平整即可；若无，则仪器会置有水平气泡或配备水平基座。

步骤S2：在扫描仪的周边摆设反射标靶，调整反射标靶的靶心位置，让其与扫描仪的光轴平行；

将三维激光扫描仪的参数进行设置后，在三维激光扫描仪的周边5～10米处摆设3～5个反射标靶，调整标靶靶心让其与三维激光扫描仪的光轴平行，标靶用于转换大地坐标和站点拼接。此外，也可通过无标靶的方式进行站点拼接，无标靶则依靠站点间扫描到的相同数据，例如同一面墙壁或者地面的相同数据进行站点拼接。而本实施来采用的是有标靶的测量方式。

步骤S3：对扫描仪的扫描参数进行初始化设置后启动扫描仪对房屋结构进行扫描；

三维激光扫描仪的参数可通过仪器主机或电脑上对扫描的分辨率、测程、颜色获取及其扫描角度进行设置。扫描角度默认为水平角360°与垂直角60°～320°；分辨率为垂直与水平角的角度分辨率，可理解为单束激光之间的夹角角度，在不同半径的点云密度值。不同的成果需求可设置不同的分辨率，点云的最高密度值可达零点几个毫米；测程则为以仪器主机为中心的扫描半径，测程可从1.5米至6000米不等；颜色获取则是为扫描点云添加RGB色值，点云本身只具有反射率和振幅两种基本显示方式，有外置和内置相机(数码相机)，就可以在扫描完成之后，拍摄全景照片，将其赋予在点云上，使点云数据更直观。

步骤S4：采集每个反射标靶的高程坐标，通过多个反射标靶的高程坐标进行站点拼接，并对扫描仪的坐标系转换为相匹配的工程坐标系中形成点云数据；

三维激光扫描仪对现场建筑物环境进行扫描后，通过RTK或GPS技术获取标靶靶心的高程坐标，通过标靶扭转扫描仪的坐标系，使之匹配到工程坐标系中。

步骤S41：当扫描所生成的点云数据中缺少建筑物现场信息的局部数据时，则在数据缺失的建筑物区域重新摆设站点，利用扫描仪对该建筑物区域进行补充测量。

由于激光都不具备穿透性，不免在复杂环境中会造成数据缺失。因此当扫描后生成的建筑物现场信息数据如有缺失，还需及时补充测量，以保证建筑物现场信息数据的完整性，其中建筑物现场信息包括主要轴线尺寸、楼层层高、建筑分割、门窗、洞口位置、结构布置、混凝土构件截面尺寸等。即在数据缺失的建筑物区域重新摆设站点，利用三维激光扫描仪对该建筑物区域进行重新扫描处理。

步骤S5：根据房屋的结构特点与现场检测条件，对房屋构件进行鉴定检测，并将鉴定检测的房屋构件的位置及其鉴定结果标记在点云数据中；

对房屋构件进行鉴定检测包括但不限于对房屋构建的混凝土强度值、房屋的相对不均匀沉降趋势、房屋的整体倾斜情况、房屋整体损伤情况进行检测。

其中混凝土强度检测，可通过回弹法检测混凝土强度，也可通过钻芯法对混凝土强度进行检测，还可通过回弹法检测混凝土强度后，并用钻芯法对其强度进行修正。而本实施例则是通过回弹法检测混凝土强度后，并用钻芯法对其强度进行修正。

具体情况如下：据现场建筑物结果特点和现场检测条件，抽取代表性的柱、梁和板等构件作为检测单元，根据测区的平均回弹值和碳化深度值通过测强曲线或测区强度换算表得到构件的混凝土强度值。从结构中钻取的混凝土芯样加工成符合规定的芯样试件，芯样试件混凝土的强度应通过对芯样试件施加作用力的试验方法确定，钻芯法用于修正回弹法得到的混凝土抗压强度换算值。

回弹法的检测方法为：随机抽取重点部位或有代表性的构件(梁、柱)，每个构件选取10个测区，每个测区布置16个测点，用砂轮磨光混凝土表面后，采用混凝土回弹仪测量回弹值，考虑碳化深度(≥6mm)的修正，推定各测区的混凝土换算强度。在此基础上，统计构件各测区混凝土实测强度的平均值、标准差及最小值，进而推定各构件的混凝土抗压强度，并对混凝土强度进行综合评定。

钻芯法的检测方法为：采用混凝土钻孔取样机随机抽取代表性的构件(梁、柱)的混凝土芯样，对其混凝土强度进行检测，用作回弹法检测混凝土强度的修正。芯样钻取完毕后，带回实验室，对芯样端部进行切割并采用硫磺泥或高强砂浆补平，制成高径比为1：1的标准芯样，待芯样试件自然干燥后，在万能试验机上直接测量其强度。

对建筑物整体变形情况进行测量检测，能反映建筑物使用性能的重要指标，因而建筑物变形检测尤其是建筑物不均匀沉降或整体倾斜也变成了建筑物检测鉴定的必检项。其中，水平构件(例如梁或屋架等)宜采用水准仪或激光测距仪进行检测，选择构件制作及跨中的若干点作为测点，测量构件支座与跨中的相对高差，利用相对高差计算构件的挠度。竖向构件(例如柱或墙等)的垂直度应用经纬仪或电子全站仪机芯检测，测定构件顶部相对底部的水平位移，计算倾斜度并记录倾斜方向。

而本实施例则采用高精度水准仪，测量建筑物的相对不均匀沉降趋势，测量时以底层墙脚勒脚线为相对水准面；采用电子全站仪对建筑物的整体倾斜情况进行检测。通过测量外墙转角处上下两端的相对三维坐标推算建筑物整体倾斜率。

现场对建筑物损伤情况进行检测，根据现场检测条件，对建筑物损伤情况进行了全面检测，建筑物墙面是否有细微裂缝和粉刷剥落、墙体开裂等现象。再将获得的混凝土强度构件信息、不均匀沉降信息、整体倾斜情况和建筑物损伤情况等数据均标记在点云数据中。

步骤S6：将点云数据导入CAD软件中生成结构平面图，获取房屋整体指标的几何参数。

首先通过Autodesk recap插件，将GB级容量的点云数据转换成KB级容量的RCS数据，导入CAD软件进行处理，在结构平面图生成后，如有建筑物原有建筑结构的设计图纸，将结构平面图结合设计图纸对结构平面图进行轴线尺寸、楼层层高、主要结构构件截面尺寸等信息的复核。

与现有技术相比，本发明采用三维扫描检测仪建立了建筑物二维平面图，解决人工测量工作反复且误差大的问题，同时可更好的与图纸进行复核，在无图纸的条件下，利用三维扫描仪建立房屋的二维平面图，更符合现场建筑物实际，能增加数据后期处理繁琐、效率低下的问题。且抽芯位置、建筑物不均匀沉降、整体倾斜情况和建筑物受损情况可进一步直观的反映在建筑物点云数据中及结构平面图中，更加全面的了解房屋整体指标的几何参数。

本发明利用三维激光扫描仪对传统实测实量改进及采用国际先进技术、仪器等手段极大提高测量的精准度及数据应用，具有增进效率、提高质量、电子存档的主要特点，符合当前结构鉴定发展趋势，并对于结构鉴定行业鉴定质量的提高具有极大的推广研究性作用。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.基于三维激光检测***获取房屋指标参数的扫描方法，其特征在于，包括：

步骤S1：在房屋适当位置架设站点，将扫描仪整平地设立在站点的固定脚架上；

步骤S2：在扫描仪的周边摆设反射标靶，调整反射标靶的靶心位置，让其与扫描仪的光轴平行；

步骤S3：对扫描仪的扫描参数进行初始化设置后启动扫描仪对房屋结构进行扫描；

步骤S4：采集每个反射标靶的高程坐标，通过多个反射标靶的高程坐标进行站点拼接，并对扫描仪的坐标系转换为相匹配的工程坐标系中形成点云数据；

步骤S5：根据房屋的结构特点与现场检测条件，对房屋构件进行鉴定检测，并将鉴定检测的房屋构件的位置及其鉴定结果标记在点云数据中；

步骤S6：将点云数据导入CAD软件中生成结构平面图，获取房屋整体指标的几何参数。

2.根据权利要求1所述的基于三维激光检测***获取房屋指标参数的扫描方法，其特征在于，所述步骤S2中扫描仪与反射标靶之间距离5～10米。

3.根据权利要求2所述的基于三维激光检测***获取房屋指标参数的扫描方法，其特征在于，所述反射标靶的数量设置为3～5个。

4.根据权利要求1所述的基于三维激光检测***获取房屋指标参数的扫描方法，其特征在于，所述步骤S3中的扫描参数初始化设置包括但不限于设置扫描分辨率、测程、颜色获取以及扫描角度。

5.根据权利要求4所述的基于三维激光检测***获取房屋指标参数的扫描方法，其特征在于，所述扫描角度默认为水平角360°与垂直角60°～320°。

6.根据权利要求1所述的基于三维激光检测***获取房屋指标参数的扫描方法，其特征在于，所述步骤S4中的高程坐标通过RTK或GPS方式获取。

7.根据权利要求6所述的基于三维激光检测***获取房屋指标参数的扫描方法，其特征在于，所述步骤S4之后还包括步骤S41：当扫描所生成的点云数据中缺少建筑物现场信息的局部数据时，则在数据缺失的建筑物区域重新摆设站点，利用扫描仪对该建筑物区域进行补充测量。

8.根据权利要求7所述的基于三维激光检测***获取房屋指标参数的扫描方法，其特征在于，所述建筑物现场信息包括但不限于主要轴线尺寸、楼层层高、建筑分割、门窗、洞口位置、结构布置、混凝土构件截面尺寸。

9.根据权利要求1所述的基于三维激光检测***获取房屋指标参数的扫描方法，其特征在于，所述步骤S5中对房屋构件进行鉴定检测包括但不限于对房屋构建的混凝土强度值、房屋的相对不均匀沉降趋势、房屋的整体倾斜情况、房屋整体损伤情况进行检测。

10.根据权利要求9所述的基于三维激光检测***获取房屋指标参数的扫描方法，其特征在于，对房屋构建的混凝土强度值的检测方法为：

步骤S51：随机抽取重点部位或有代表性的构件，每个构件选取10个测区，每个测区布置16个测点，用砂轮磨光混凝土表面后，采用混凝土回弹仪测量回弹值，考虑碳化深度(≥6mm)的修正，推定各测区的混凝土换算强度；

步骤S52：采用混凝土钻孔取样机随机抽取代表性的构件的混凝土芯样，对其混凝土强度进行检测，用作回弹法检测混凝土强度的修正。