CN111006601A - 三维激光扫描在变形监测中的关键技术 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及三维激光扫描技术领域，具体是三维激光扫描在变形监测中的关键技术，包括三维激光扫描仪测量大概步骤：变形检测物品通过三维激光扫描仪进行扫描测量，三维激光扫描仪测量和扫描的数据输送到处理软件进行处理，处理软件进行对扫描的数据进行3D建模，通过不同时期形成的3D建模模型进行数据对比，三维激光扫描仪测量具体步骤。本发明的有益效果采用cyclone5.8软件可以进行对点云数据的去噪，减少数据量，提高数据处理速度，提高三维激光扫描仪的工作效率，能够快速、连续、自动地获取数据，具有精度高、密度高、高效率和低成的优点，提高真实描述生产的三维数据模型，有效的避免了基于数据进行分析造成的局部性和片面性。
Description
技术领域
本发明涉及三维激光扫描技术领域，具体是三维激光扫描在变形监测中的关键技术。
背景技术
三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项高新技术。随着三维激光扫描仪在工程领域的广泛应用，这种技术已经引起了广大科研人员的关注。通过激光测距原理(包括脉冲激光和相位激光)，瞬时测得空间三维坐标值的测量仪器，利用三维激光扫描技术获取的空间点云数据，可快速建立结构复杂、不规则的场景的三维可视化模型，既省时又省力，这种能力是现行的三维建模软件提交所不可比拟的。
申请号CN201510894464.6提出了一种基于三维激光扫描的变形监测坐标系建立方法及装置，该方法包括：利用三维激光扫描仪对变形体及周边建筑物进行扫描，获取三维点云数据；利用三维点云数据建立变形体及周边建筑物的三维模型；对三维模型中的三维点云数据依据空间共面性进行分片，获取多个点云面片；从多个点云面片中选择符合预设条件的两个互相垂直的点云面片；选取水平面，水平面与第一竖直点云面片和第二竖直点云面片相交，根据第一竖直点云面片、第二竖直点云面片和水平面的相交线建立变形监测坐标系。本发明通过三维激光扫描仪测量变形体的三维点云数据，然后建立统一且稳定的变形监测坐标系作为监测基准，保证后续计算得到的变形测量数据准确可靠。
上述的一种基于三维激光扫描的变形监测坐标系建立方法及装置，虽然能够进行对变形监测物进行创建3D模型，但是不能有效的进行对点云数据的去噪，导致数据量增加，从而降低数据处理速度，而且导致三维激光扫描仪的工作效率降低，不能相对较好的快速、连续、自动地获取数据，且不具有相对较好的精度高、密度高、高效率和低成的优点，不能相对较好的真实描述生产的三维数据模型，导致基于数据进行分析造成的局部性和片面性缺点，因此亟需研发三维激光扫描在变形监测中的关键技术。
发明内容
本发明的目的在于提供三维激光扫描在变形监测中的关键技术，以解决上述背景技术中提出的虽然能够进行对变形监测物进行创建3D模型，但是不能有效的进行对点云数据的去噪，导致数据量增加，从而降低数据处理速度，而且导致三维激光扫描仪的工作效率降低，不能相对较好的快速、连续、自动地获取数据，且不具有相对较好的精度高、密度高、高效率和低成的优点，不能相对较好的真实描述生产的三维数据模型，导致基于数据进行分析造成的局部性和片面性问题。
本发明的技术方案是：三维激光扫描在变形监测中的关键技术，包括三维激光扫描仪测量大概步骤：变形检测物品通过三维激光扫描仪进行扫描测量，三维激光扫描仪测量和扫描的数据输送到处理软件进行处理，处理软件进行对扫描的数据进行3D建模，通过不同时期形成的3D建模模型进行数据对比，所述三维激光扫描仪测量具体步骤：变形检测物品首选通过三维激光扫描仪进行距离测量，然后进行对变形监测物品进行初步扫描，其中在扫描时需要提高扫描密度，之后进行对变形监测物品重叠扫描，下一步进行对变形监测物品云点采集，通过三维激光扫描仪进行对变形监测物品同步进行激光扫描，获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据，将获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据输送到处理软件中进行处理，软件处理进行对获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据拼接，之后对获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据去噪，之后进行对点云数据建模3D比较。
进一步地，所述三维激光扫描仪需要对变形监测确保距离测量***、激光安全等级、激光波长、视场角、扫描范围、测量速度、测量精度、点云精度和扫描分辨率。
进一步地，所述处理软件包括cyclone5.8软件和GeonmagicStudio软件。
进一步地，所述三维激光扫描数据采集包括整体采集和局部采集，整体采集：通过对分布的标靶或者公共点进行扫描，在三维激光扫描仪处理软件cyclone5.8软件中进行测量拼接，通过此方法可以对被扫描的物体进行整体扫描；局部采集：在工作点上架设三维激光扫描仪，对特定的范围进行三维扫描。
进一步地，所述当采用整体数据采集的时候，在cyclone5.8软件中，通过三个及三个以上的公共点把两个站的扫描数据拼接在一起，再进行点云数据的统一化，当采用局部数据采集的时候，不需要进行点云数据的拼接，可以避免有点云数据拼接带来的误差。
进一步地，所述采用三维激光扫描仪进行数据采集时，不可避免会产生噪声点，采用cyclone5.8软件可以进行对点云数据的去噪，减少数据量。
进一步地，所述扫描点云数据时，首先用全站仪测量监测点和标靶中心的坐标位置，使用三个或三个以上的特征点，将三维扫描数据转化为当地坐标，把点云数据统一在同一个坐标系下，有利于数据比较和三维建模。
进一步地，所述在GeonmagicStudio软件中，通过比较同一个扫描范围的数据，变形区域可以通过不同的色彩直观地显示出来，从宏观方面进行变形分析。
进一步地，所述提取特征点和标靶中心的坐标位置，通过分析坐标值的差别，分析出特征点的水平位移变化和竖向位移变化，从微观方面进行变形分析。
本发明通过改进在此提供三维激光扫描在变形监测中的关键技术，与现有技术相比，具有如下改进及优点：
(1)通过进行对点云数据去噪，用三维激光扫描仪进行数据采集时，不可避免会产生噪声点，采用cyclone5.8软件可以进行对点云数据的去噪，减少数据量，提高数据处理速度，提高三维激光扫描仪的工作效率。
(2)采用三维激光扫描，对在变形监测中采用三维激光扫描能够利用激光测量远距离远离来获取目标数据，能够快速、连续、自动地获取数据，具有精度高、密度高、高效率和低成的优点，提高真实描述生产的三维数据模型，有效的避免了基于数据进行分析造成的局部性和片面性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释:
图1是本发明的三维激光扫描监测流程图一；
图2是本发明的三维激光扫描监测流程图二；
图3是本发明的三维激光扫描监精简流程图；
图4是本发明的三维激光扫描监测概括图。
具体实施方式
下面将结合附图1至图4对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明通过改进在此提供三维激光扫描在变形监测中的关键技术，如图1-图4所示，三维激光扫描在变形监测中的关键技术，包括三维激光扫描仪测量大概步骤：变形检测物品通过三维激光扫描仪进行扫描测量，三维激光扫描仪测量和扫描的数据输送到处理软件进行处理，处理软件进行对扫描的数据进行3D建模，通过不同时期形成的3D建模模型进行数据对比，三维激光扫描仪测量具体步骤：变形检测物品首选通过三维激光扫描仪进行距离测量，然后进行对变形监测物品进行初步扫描，其中在扫描时需要提高扫描密度，之后进行对变形监测物品重叠扫描，下一步进行对变形监测物品云点采集，通过三维激光扫描仪进行对变形监测物品同步进行激光扫描，获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据，将获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据输送到处理软件中进行处理，软件处理进行对获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据拼接，之后对获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据去噪，之后进行对点云数据建模3D比较。
进一步地，三维激光扫描仪需要对变形监测确保距离测量***采用超高速WFD增强技术；激光安全等级1-2级；激光波长800-860nm；视场角水平在360°/垂直在300°；扫描范围为350000-370000点/秒；测量速度3-4分钟可完成全景扫描和拍照；测量精度为4mm@10m/7mm@20m；点云精度为6mm@10m/8mm@20m；扫描分辨率为2-5级可调设置。
进一步地，处理软件包括cyclone5.8软件和GeonmagicStudio软件。
进一步地，三维激光扫描数据采集包括整体采集和局部采集，整体采集：通过对分布的标靶或者公共点进行扫描，在三维激光扫描仪处理软件cyclone5.8软件中进行测量拼接，通过此方法可以对被扫描的物体进行整体扫描；局部采集：在工作点上架设三维激光扫描仪，对特定的范围进行三维扫描。
进一步地，当采用整体数据采集的时候，在cyclone5.8软件中，通过三个及三个以上的公共点把两个站的扫描数据拼接在一起，再进行点云数据的统一化，当采用局部数据采集的时候，不需要进行点云数据的拼接，可以避免有点云数据拼接带来的误差。
进一步地，采用三维激光扫描仪进行数据采集时，不可避免会产生噪声点，采用cyclone5.8软件可以进行对点云数据的去噪，减少数据量。
进一步地，扫描点云数据时，首先用全站仪测量监测点和标靶中心的坐标位置，使用三个或三个以上的特征点，将三维扫描数据转化为当地坐标，把点云数据统一在同一个坐标系下，有利于数据比较和三维建模。
进一步地，在GeonmagicStudio软件中，通过比较同一个扫描范围的数据，变形区域可以通过不同的色彩直观地显示出来，从宏观方面进行变形分析。
进一步地，提取特征点和标靶中心的坐标位置，通过分析坐标值的差别，分析出特征点的水平位移变化和竖向位移变化，从微观方面进行变形分析。
实施例一
三维激光扫描在变形监测中的关键技术，包括三维激光扫描仪测量大概步骤：变形检测物品通过三维激光扫描仪进行扫描测量，三维激光扫描仪测量和扫描的数据输送到处理软件进行处理，处理软件进行对扫描的数据进行3D建模，通过不同时期形成的3D建模模型进行数据对比，三维激光扫描仪测量具体步骤：变形检测物品首选通过三维激光扫描仪进行距离测量，然后进行对变形监测物品进行初步扫描，其中在扫描时需要提高扫描密度，之后进行对变形监测物品重叠扫描，下一步进行对变形监测物品云点采集，通过三维激光扫描仪进行对变形监测物品同步进行激光扫描，获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据，将获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据输送到处理软件中进行处理，软件处理进行对获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据拼接，之后对获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据去噪，之后进行对点云数据建模3D比较。
进一步地，三维激光扫描仪需要对变形监测确保距离测量***采用超高速WFD增强技术；激光安全等级1级；激光波长810nm；视场角水平在360°/垂直在300°；扫描范围为360000点/秒；测量速度3分钟可完成全景扫描和拍照；测量精度为5mm@15m；点云精度为7mm@15m；扫描分辨率为4级可调设置。
进一步地，处理软件包括cyclone5.8软件和GeonmagicStudio软件。
进一步地，三维激光扫描数据采集包括整体采集和局部采集，整体采集：通过对分布的标靶或者公共点进行扫描，在三维激光扫描仪处理软件cyclone5.8软件中进行测量拼接，通过此方法可以对被扫描的物体进行整体扫描；局部采集：在工作点上架设三维激光扫描仪，对特定的范围进行三维扫描。
进一步地，当采用整体数据采集的时候，在cyclone5.8软件中，通过三个及三个以上的公共点把两个站的扫描数据拼接在一起，再进行点云数据的统一化，当采用局部数据采集的时候，不需要进行点云数据的拼接，可以避免有点云数据拼接带来的误差。
进一步地，采用三维激光扫描仪进行数据采集时，不可避免会产生噪声点，采用cyclone5.8软件可以进行对点云数据的去噪，减少数据量。
进一步地，扫描点云数据时，首先用全站仪测量监测点和标靶中心的坐标位置，使用三个或三个以上的特征点，将三维扫描数据转化为当地坐标，把点云数据统一在同一个坐标系下，有利于数据比较和三维建模。
进一步地，在GeonmagicStudio软件中，通过比较同一个扫描范围的数据，变形区域可以通过不同的色彩直观地显示出来，从宏观方面进行变形分析。
进一步地，提取特征点和标靶中心的坐标位置，通过分析坐标值的差别，分析出特征点的水平位移变化和竖向位移变化，从微观方面进行变形分析。
工作原理：变形检测物品首选通过三维激光扫描仪进行距离测量，然后进行对变形监测物品进行初步扫描，其中在扫描时需要提高扫描密度，之后进行对变形监测物品重叠扫描，下一步进行对变形监测物品云点采集，通过三维激光扫描仪进行对变形监测物品同步进行激光扫描，获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据，将获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据输送到处理软件中进行处理，软件处理进行对获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据拼接，之后对获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据去噪，之后进行对点云数据建模3D比较，三维激光扫描数据采集包括整体采集和局部采集，整体采集：通过对分布的标靶或者公共点进行扫描，在三维激光扫描仪处理软件cyclone5.8软件中进行测量拼接，通过此方法可以对被扫描的物体进行整体扫描；局部采集：在工作点上架设三维激光扫描仪，对特定的范围进行三维扫描，当采用整体数据采集的时候，在cyclone5.8软件中，通过三个及三个以上的公共点把两个站的扫描数据拼接在一起，再进行点云数据的统一化，当采用局部数据采集的时候，不需要进行点云数据的拼接，可以避免有点云数据拼接带来的误差，采用三维激光扫描仪进行数据采集时，不可避免会产生噪声点，采用cyclone5.8软件可以进行对点云数据的去噪，减少数据量，扫描点云数据时，首先用全站仪测量监测点和标靶中心的坐标位置，使用三个或三个以上的特征点，将三维扫描数据转化为当地坐标，把点云数据统一在同一个坐标系下，有利于数据比较和三维建模，在GeonmagicStudio软件中，通过比较同一个扫描范围的数据，变形区域可以通过不同的色彩直观地显示出来，从宏观方面进行变形分析，提取特征点和标靶中心的坐标位置，通过分析坐标值的差别，分析出特征点的水平位移变化和竖向位移变化，从微观方面进行变形分析。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.三维激光扫描在变形监测中的关键技术，其特征在于：包括三维激光扫描仪测量大概步骤：变形检测物品通过三维激光扫描仪进行扫描测量，三维激光扫描仪测量和扫描的数据输送到处理软件进行处理，处理软件进行对扫描的数据进行3D建模，通过不同时期形成的3D建模模型进行数据对比，所述三维激光扫描仪测量具体步骤：变形检测物品首选通过三维激光扫描仪进行距离测量，然后进行对变形监测物品进行初步扫描，其中在扫描时需要提高扫描密度，之后进行对变形监测物品重叠扫描，下一步进行对变形监测物品云点采集，通过三维激光扫描仪进行对变形监测物品同步进行激光扫描，获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据，将获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据输送到处理软件中进行处理，软件处理进行对获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据拼接，之后对获得三维激光点云数据和获得标靶点云数据去噪，之后进行对点云数据建模3D比较，采用三维激光扫描，对在变形监测中采用三维激光扫描能够利用激光测量远距离远离来获取目标数据，能够快速、连续、自动地获取数据，具有精度高、密度高、高效率和低成的优点，提高真实描述生产的三维数据模型，有效的避免了基于数据进行分析造成的局部性和片面性。
2.根据权利要求1所述的三维激光扫描在变形监测中的关键技术，其特征在于：所述三维激光扫描仪需要对变形监测确保距离测量***、激光安全等级、激光波长、视场角、扫描范围、测量速度、测量精度、点云精度和扫描分辨率。
3.根据权利要求1所述的三维激光扫描在变形监测中的关键技术，其特征在于：所述处理软件包括cyclone5.8软件和GeonmagicStudio软件，采用cyclone5.8软件可以进行对点云数据的去噪，减少数据量，提高数据处理速度，提高三维激光扫描仪的工作效率。
4.根据权利要求1所述的三维激光扫描在变形监测中的关键技术，其特征在于：所述三维激光扫描数据采集包括整体采集和局部采集，整体采集：通过对分布的标靶或者公共点进行扫描，在三维激光扫描仪处理软件cyclone5.8软件中进行测量拼接，通过此方法可以对被扫描的物体进行整体扫描；局部采集：在工作点上架设三维激光扫描仪，对特定的范围进行三维扫描。
5.根据权利要求1所述的三维激光扫描在变形监测中的关键技术，其特征在于：所述当采用整体数据采集的时候，在cyclone5.8软件中，通过三个及三个以上的公共点把两个站的扫描数据拼接在一起，再进行点云数据的统一化，当采用局部数据采集的时候，不需要进行点云数据的拼接，可以避免有点云数据拼接带来的误差。
6.根据权利要求1所述的三维激光扫描在变形监测中的关键技术，其特征在于：所述采用三维激光扫描仪进行数据采集时，不可避免会产生噪声点，采用cyclone5.8软件可以进行对点云数据的去噪，减少数据量。
7.根据权利要求1所述的三维激光扫描在变形监测中的关键技术，其特征在于：所述扫描点云数据时，首先用全站仪测量监测点和标靶中心的坐标位置，使用三个或三个以上的特征点，将三维扫描数据转化为当地坐标，把点云数据统一在同一个坐标系下，有利于数据比较和三维建模。
8.根据权利要求1所述的三维激光扫描在变形监测中的关键技术，其特征在于：所述在GeonmagicStudio软件中，通过比较同一个扫描范围的数据，变形区域可以通过不同的色彩直观地显示出来，从宏观方面进行变形分析。
9.根据权利要求1所述的三维激光扫描在变形监测中的关键技术，其特征在于：所述提取特征点和标靶中心的坐标位置，通过分析坐标值的差别，分析出特征点的水平位移变化和竖向位移变化，从微观方面进行变形分析。
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