RU2572061C1 - Method of laser 3d scanning of operative detection of panel structure deformation degree - Google Patents

Method of laser 3d scanning of operative detection of panel structure deformation degree Download PDF

Info

Publication number
RU2572061C1
RU2572061C1 RU2014143083/28A RU2014143083A RU2572061C1 RU 2572061 C1 RU2572061 C1 RU 2572061C1 RU 2014143083/28 A RU2014143083/28 A RU 2014143083/28A RU 2014143083 A RU2014143083 A RU 2014143083A RU 2572061 C1 RU2572061 C1 RU 2572061C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
map
deviations
panel structure
vertical
deviation
Prior art date
Application number
RU2014143083/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Анатольевич Медведев
Андрей Юрьевич Тараканов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России" (федеральный центр науки и высоких технологий)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России" (федеральный центр науки и высоких технологий) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России" (федеральный центр науки и высоких технологий)
Priority to RU2014143083/28A priority Critical patent/RU2572061C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2572061C1 publication Critical patent/RU2572061C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Abstract

FIELD: construction.
SUBSTANCE: method includes performance of measurements with high speed (from several thousands to million points per second) of the distance from a scanner to the panel structure surface and registration of appropriate directions (vertical and horizontal angles) with subsequent generation of a 3D image of a 3D model of the structure representing a swarm of points {Xi, Yi, Z, i=1, n}. To detect deformations by the swarm of points, some horizontal and vertical sections of the 3D model are built, a map of deviations is built, as well as schedules of wall deviation from the perfect wall vertical plane. According to the formed numerical map of deviations, they build a map of isolines, a colour tone map, surface charts, a shadow chart, to build colour tone maps of deviations they use a scale of indents colouring - from dark blue to blue, bulges - from yellow to dark brown. Vertical scale of deviation charts is selected such that microirregularities of the wall may be visually represented, and cross section of the map of isolines of deviations is selected in the model building error of 5 mm. At the same time detection of defects in construction and initial phase of deformation process is carried out by results of comparison of actual deviations and relative bending deformations with regulatory deviations and critical values of deformations of the panel structure.
EFFECT: expansion of operating capabilities for operative detection of structure deformation degree.
6 dwg

Description

Изобретение относится к эксплуатации и строительству зданий и сооружений и может быть использовано для проведения оперативного обследования зданий и сооружений, подвергшихся внутренним и/или внешним факторам, вызывающим их износ.The invention relates to the operation and construction of buildings and structures and can be used to conduct an operational survey of buildings and structures exposed to internal and / or external factors causing their wear.

Наиболее близким по сущности к предлагаемому способу является способ лазерного 3D-сканирования, который обеспечивает выполнение измерений с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности объекта и регистрирующий соответствующие направления (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трехмерного изображения 3D-модели объекта, представляющей рой точек {Xi, Yi, Zi, i=1, n}.The closest in essence to the proposed method is a method of 3D laser scanning, which provides measurements at high speed (from several thousand to a million dots per second) of the distance from the scanner to the surface of the object and records the corresponding directions (vertical and horizontal angles) with subsequent formation a three-dimensional image of a 3D model of an object representing a swarm of points {X i , Y i , Z i , i = 1, n}.

Способ лазерного 3D-сканирования обеспечивает:The 3D laser scanning method provides:

возможность определения пространственных координат точек объекта в полевых условиях;the ability to determine the spatial coordinates of the points of the object in the field;

трехмерную визуализацию в режиме реального времени исследуемого объекта;three-dimensional visualization in real time of the investigated object;

неразрушающий метод получения информации; высокую точность измерений;non-destructive method of obtaining information; high accuracy of measurements;

безопасность исполнителя при съемке труднодоступных и опасных районах, т.к. применяется принцип дистанционного получения информации;the safety of the performer when shooting inaccessible and dangerous areas, as The principle of remote information is applied;

высокую производительность выполнения работы, сокращает время полевых работ при создании цифровых моделей объектов;high productivity of work, reduces the time of field work when creating digital models of objects;

работы можно выполнять при любых условиях освещения, то есть днем и ночью, так как сканеры являются активными съемочными системами;work can be performed under any lighting conditions, that is, day and night, since scanners are active filming systems;

высокую степень детализацииhigh degree of detail

[см. Середович В.А., Комиссаров А.В., Комиссаров Д.В., Широкова Т.A. и др. Наземное лазерное сканирование. Новосибирск, СГГА, 2009, 261 с. - прототип].[cm. Seredovich V.A., Komissarov A.V., Komissarov D.V., Shirokova T.A. et al. Ground-based laser scanning. Novosibirsk, SSGA, 2009, 261 p. - prototype].

Данный способ не дает возможности определять степень деформированности конструкций панельного сооружения.This method does not allow to determine the degree of deformation of the structures of the panel structure.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в расширении эксплуатационных возможностей способа лазерного 3D-сканирования для оперативного определения степени деформации панельного сооружения.The technical result achieved by the invention is to expand the operational capabilities of the method of laser 3D scanning to quickly determine the degree of deformation of the panel structure.

Поставленный технический результат достигается тем, что способ лазерного 3D-сканирования, включающий выполнение измерений с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности панельного сооружения и регистрирующий соответствующие направления (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трехмерного изображения 3D-модели панельного сооружения, представляющей рой точек {Xi, Yi, Zi, i=1, n}, для выявления деформаций по рою точек выполняется построение ряда горизонтальных и вертикальных сечений 3D-модели, строится карта отклонений и графики отклонений стены от идеальной стеновой вертикальной плоскости, по сформированной числовой карте отклонений выполняется построение карты изолиний, цветотоновой карты, графиков поверхности, теневой карты, при построении цветотоновых карт отклонений используется шкала раскраски впадин - от темно-синего до голубого, выпуклостей - от желтого до темно-коричневого, вертикальный масштаб графиков отклонений выбирается таким, чтобы наглядно представить микронеровности стены, а сечение карты изолиний отклонений выбирается в погрешности построения модели 5 мм, при этом выявление дефектов строительства и начальной фазы деформационного процесса осуществляется по результатам сопоставления фактических отклонений и относительных изгибных деформаций с нормативными отклонениями и критическими значениями деформации панельного сооружения.The technical result is achieved by the fact that the method of 3D laser scanning, which includes taking measurements at a high speed (from several thousand to a million dots per second) of the distance from the scanner to the surface of the panel structure and recording the corresponding directions (vertical and horizontal angles) with the subsequent formation of three-dimensional 3D-model image panel structures representing a swarm of points {X i, Y i, Z i, i = 1, n}, to detect strains in the swarm of points is performed a number of construction is horizontal x and vertical sections of the 3D model, a map of deviations and graphs of the deviations of the wall from the ideal wall vertical plane is built, based on the generated numerical map of deviations, a map of contours, a color chart, surface graphs, a shadow map is constructed, and a colorization chart is used to construct color-tone deviation maps - from dark blue to blue, bulges - from yellow to dark brown, the vertical scale of the deviation graphs is chosen so as to visually represent the microroughness of the s, and the cross section contour maps deviations selected error model building is 5 mm, the defects of construction and identification of the initial phase of the deformation process is carried out on the results of comparing the actual deviation and the relative flexural deformations with regulatory deviations and critical strain values of panel structures.

Перечень графических иллюстраций применения предлагаемого способа:The list of graphic illustrations of the application of the proposed method:

на фиг. 1 изображена трехмерная модель (облако точек) панельного дома по результатам лазерного сканирования;in FIG. 1 shows a three-dimensional model (point cloud) of a panel house according to the results of laser scanning;

на фиг. 2 - цветотоновая карта отклонений торцевой стены панельного дома от идеальной вертикальной плоскости;in FIG. 2 - color chart of deviations of the end wall of a panel house from an ideal vertical plane;

на фиг. 3 - трехмерная блок-диаграмма деформаций панелей 6-13 этажей;in FIG. 3 - three-dimensional block diagram of the deformation of the panels of 6-13 floors;

на фиг. 4 - трехмерная блок-диаграмма деформаций панелей 1-7 этажей,in FIG. 4 - three-dimensional block diagram of the deformation of the panels of 1-7 floors,

на фиг. 5 - отрыв торцевых панелей на уровне 9-10 этажей,in FIG. 5 - separation of the end panels at the level of 9-10 floors,

на фиг. 6 - торцевая сторона панельного дома с многочисленными трещинами.in FIG. 6 - the front side of the panel house with numerous cracks.

Способ лазерного 3D-сканирования оперативного определения степени деформированности панельного сооружения включает выполнение измерений с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности панельного сооружения и регистрацию соответствующих направлений (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трехмерного изображения 3D-модели панельного сооружения, представляющей рой точек {Xi, Yi, Zi, i=1, n}, для выявления деформаций по рою точек выполняется построение ряда горизонтальных и вертикальных сечений 3D-модели, строится карта отклонений и графики отклонений стены от идеальной стеновой вертикальной плоскости, по сформированной числовой карте отклонений выполняется построение карты изолиний, цветотоновой карты, графиков поверхности, теневой карты, при построении цветотоновых карт отклонений используется шкала раскраски впадин - от темно-синего до голубого, выпуклостей - от желтого до темно-коричневого, вертикальный масштаб графиков отклонений выбирается таким, чтобы наглядно представить микронеровности стены, а сечение карты изолиний отклонений выбирается в погрешности построения модели 5 мм, при этом выявление дефектов строительства и начальной фазы деформационного процесса осуществляется по результатам сопоставления фактических отклонений и относительных изгибных деформаций с нормативными отклонениями и критическими значениями деформации панельного сооружения.The method of laser 3D scanning of the operational determination of the degree of deformation of a panel structure includes performing measurements at a high speed (from several thousand to a million dots per second) of the distance from the scanner to the surface of the panel structure and recording the corresponding directions (vertical and horizontal angles) with the subsequent formation of a three-dimensional 3D image -model panel structures representing a swarm of points {X i, Y i, Z i, i = 1, n}, to detect strains in the swarm of points is performed a number of construction horizontal and vertical sections of the 3D model, a map of deviations and graphs of deviations of the wall from an ideal wall vertical plane is built, based on the generated numerical map of deviations, a map of contours, a color tone map, surface graphs, a shadow map is constructed, when constructing color tone maps of the deviations, the trench coloring scale is used - from dark blue to blue, bulges from yellow to dark brown, the vertical scale of the deviation graphs is chosen so as to visually represent the micron evenness of the wall, and the cross section of the map of the contour lines of deviations is selected in the error of building a model of 5 mm, while the identification of defects in construction and the initial phase of the deformation process is carried out by comparing the actual deviations and relative bending deformations with standard deviations and critical values of the deformation of the panel structure.

Суть способа лазерного 3D-сканирования оперативного определения степени деформированности панельного сооружения заключается в следующем:The essence of the method of laser 3D scanning of the operational determination of the degree of deformation of a panel structure is as follows:

Сканирование панельного сооружения выполняется с произвольного числа и расположения позиций, обеспечивающих полный обзор изучаемого объекта, с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности панельного сооружения, и регистрируются соответствующие направления (вертикальные и горизонтальные углы). Минимально по одному сканированию с каждой стороны панельного сооружения.Scanning of a panel structure is performed from an arbitrary number and location of positions providing a complete overview of the object under study, with a high speed (from several thousand to a million dots per second) of the distance from the scanner to the surface of the panel structure, and the corresponding directions (vertical and horizontal angles) are recorded. At least one scan on each side of the panel structure.

По проведенным измерениям формируется 3D-модель панельного сооружения, представляющая рой точек {Xi, Yi, Zi, i=1, n} (фиг. 1). При сшивке сканов в единую модель достигается точность 5 мм.According to the measurements, a 3D model of the panel structure is formed, representing a swarm of points {X i , Y i , Z i , i = 1, n} (Fig. 1). When stitching scans into a single model, an accuracy of 5 mm is achieved.

По результатам отдельных сканирований с применением стандартных сферических отражателей или бумажных марок, или характерных угловых точек объекта.According to the results of individual scans using standard spherical reflectors or paper marks, or characteristic corner points of the object.

Для выявления деформаций по рою точек выполняется построение ряда горизонтальных и вертикальных сечений 3D-модель панельного сооружения.To identify deformations along a swarm of points, a series of horizontal and vertical sections is constructed. 3D model of a panel structure.

Строится карта отклонений и графики отклонений стен от идеальной стеновой вертикальной плоскости. При этом используется априори задаваемый допуск максимального отклонения и размер ячеек карты отклонения. В каждую ячейку матрицы карты отклонений заносится фактическое отклонение 3D-модель панельного сооружения от идеальной плоскости.A map of deviations and graphs of deviations of the walls from an ideal wall vertical plane is built. In this case, the a priori specified tolerance of the maximum deviation and the cell size of the deviation map are used. In each cell of the matrix of the deviation map, the actual deviation of the 3D model of the panel structure from the ideal plane is entered.

По сформированной числовой карте отклонений выполняется построение:Using the generated numerical deviation map, the following construction is performed:

карты изолиний; цветотоновой карты; графиков поверхности; теневой карты.contour maps; color tone card; surface graphs; shadow card.

Изучение 3D-модели панельного сооружения для выявления деформаций выполняется построением ряда горизонтальных и вертикальных сечений модели, а затем, с учетом геометрических параметров и координат определенных по этим сечениям, строится карта отклонений и графики отклонений торцевой стороны дома от идеальной вертикальной плоскости.The study of the 3D model of the panel structure to detect deformations is carried out by constructing a series of horizontal and vertical sections of the model, and then, taking into account the geometric parameters and coordinates determined by these sections, a map of deviations and graphs of deviations of the front side of the house from the ideal vertical plane are built.

При построении цветотоновых карт отклонений используется шкала раскраски типа «атлас» (впадины - от темно-синего до голубого, выпуклости - от желтого до темно-коричневого). Вертикальный масштаб графиков отклонений выбирается таким, чтобы наглядно представить микронеровности стены. Сечение карты изолиний отклонений выбирается в погрешности построения модели 5 мм.When constructing color-toned deviation maps, a satin-type coloring scale is used (troughs - from dark blue to blue, bulges - from yellow to dark brown). The vertical scale of the deviation graphs is chosen so as to visually represent the microroughness of the wall. The section of the map of isolines of deviations is selected in the error of constructing a model of 5 mm.

На фиг. 2 видно, что максимальные отклонения в периферических частях составляют до 8 см. На уровне 2-3 этажа и 8-9 этажа с левой стороны имеется отрыв панели от конструкции.In FIG. 2 it can be seen that the maximum deviations in the peripheral parts are up to 8 cm. At the level of 2-3 floors and 8-9 floors on the left side there is a separation of the panel from the structure.

Проводится анализ графиков отклонений от идеальной вертикальной плоскости. На фиг. 3 и 4 приведены примеры такого анализа, периферические края панелей оторваны от общей конструкции, а панели имеют характерную параболическую форму.The graphs of deviations from the ideal vertical plane are analyzed. In FIG. Figures 3 and 4 show examples of such an analysis, the peripheral edges of the panels are torn off from the general structure, and the panels have a characteristic parabolic shape.

На фиг. 5 показаны места наиболее значительного отрыва панелей от общей конструкции. На фиг. 6 представлена общая трещиноватость панелей, которая возникла из-за деформаций.In FIG. 5 shows the locations of the most significant separation of the panels from the overall structure. In FIG. Figure 6 shows the total fracture of the panels that arose due to deformations.

Применение способа лазерного 3D-сканирования оперативного определения степени деформированности панельного сооружения позволяет эффективно и быстро выявлять количественные деформации различных элементов панельного сооружения и оценить изгибные деформации стеновых панелей.The use of 3D laser scanning method for the operational determination of the degree of deformation of a panel structure allows you to efficiently and quickly identify the quantitative deformation of various elements of the panel structure and evaluate the bending deformation of the wall panels.

Claims (1)

Способ лазерного 3D-сканирования для оперативного определения степени деформированности панельного сооружения, включающий выполнение измерений с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности панельного сооружения и регистрацию соответствующих направлений (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трехмерного изображения 3D-модели панельного сооружения, представляющей рой точек {Xi, Yi, Zi, i=1, n}, отличающийся тем, что для выявления деформаций по рою точек выполняется построение ряда горизонтальных и вертикальных сечений 3D-модели, строится карта отклонений и графики отклонений стены от идеальной стеновой вертикальной плоскости, по сформированной числовой карте отклонений выполняется построение карты изолиний, цветотоновой карты, графиков поверхности, теневой карты, при построении цветотоновых карт отклонений используется шкала раскраски впадин - от темно-синего до голубого, выпуклостей - от желтого до темно-коричневого, вертикальный масштаб графиков отклонений выбирается таким, чтобы наглядно представить микронеровности стены, а сечение карты изолиний отклонений выбирается в погрешности построения модели 5 мм, при этом выявление дефектов строительства и начальной фазы деформационного процесса осуществляется по результатам сопоставления фактических отклонений и относительных изгибных деформаций с нормативными отклонениями и критическими значениями деформации панельного сооружения. A 3D laser scanning method for quickly determining the degree of deformation of a panel structure, including taking measurements at a high speed (from several thousand to one million dots per second) of the distance from the scanner to the surface of the panel building and recording the corresponding directions (vertical and horizontal angles) with subsequent formation of three-dimensional images of a 3D model of a panel structure representing a swarm of points {X i , Y i , Z i , i = 1, n}, characterized in that to identify deformations along a swarm of points in A series of horizontal and vertical sections of the 3D model is constructed, a map of deviations and deviations of the wall from the ideal wall vertical plane is built, a map of contours, a color-tone map, surface graphs, a shadow map is constructed from the generated numerical deviation map, and a scale is used to construct color-tone deviation maps coloring troughs - from dark blue to blue, bulges - from yellow to dark brown, the vertical scale of the deviation graphs is chosen so that it is possible to visualize the wall irregularities, and the cross section of the map of deviation contour lines is selected with a 5 mm model construction error, while the construction defects and the initial phase of the deformation process are identified by comparing the actual deviations and relative bending deformations with standard deviations and critical deformations of the panel structure.
RU2014143083/28A 2014-10-27 2014-10-27 Method of laser 3d scanning of operative detection of panel structure deformation degree RU2572061C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014143083/28A RU2572061C1 (en) 2014-10-27 2014-10-27 Method of laser 3d scanning of operative detection of panel structure deformation degree

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014143083/28A RU2572061C1 (en) 2014-10-27 2014-10-27 Method of laser 3d scanning of operative detection of panel structure deformation degree

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2572061C1 true RU2572061C1 (en) 2015-12-27

Family

ID=55023452

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014143083/28A RU2572061C1 (en) 2014-10-27 2014-10-27 Method of laser 3d scanning of operative detection of panel structure deformation degree

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2572061C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2237283C2 (en) * 2001-11-27 2004-09-27 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Device and method for presenting three-dimensional object on basis of images having depth
RU2445573C2 (en) * 2005-12-02 2012-03-20 Спэшэлти Минералс (Мичиган) Инк. Control method of wear of refractory lining of metallurgical melting vessel
RU2453809C2 (en) * 2010-08-10 2012-06-20 Учреждение Российской академии наук Институт горного дела УрО РАН (ИГД УрО РАН) Method of measuring relative deformation and displacement of underground and surface structures

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2237283C2 (en) * 2001-11-27 2004-09-27 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Device and method for presenting three-dimensional object on basis of images having depth
RU2445573C2 (en) * 2005-12-02 2012-03-20 Спэшэлти Минералс (Мичиган) Инк. Control method of wear of refractory lining of metallurgical melting vessel
RU2453809C2 (en) * 2010-08-10 2012-06-20 Учреждение Российской академии наук Институт горного дела УрО РАН (ИГД УрО РАН) Method of measuring relative deformation and displacement of underground and surface structures

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Середович В.А., Комиссаров А.В., Комиссаров Д.В., Широкова Т.А. и др. Наземное лазерное сканирование. Новосибирск, СГГА, 2009. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Janowski et al. Remote sensing and photogrammetry techniques in diagnostics of concrete structures
Huber et al. Using laser scanners for modeling and analysis in architecture, engineering, and construction
US20160092608A1 (en) Modeling device, three-dimensional model generation device, modeling method, program and layout simulator
Suchocki et al. An example of harnessing Terrestrial Laser Scanner for remote sensing of saturation of chosen building materials
Peteler et al. Analyzing the evolution of deterioration patterns: A first step of an image-based approach for comparing multitemporal data sets
Bruno et al. Integrated processing of photogrammetric and laser scanning data for frescoes restoration
Mouaddib et al. 2D/3D data fusion for the comparative analysis of the vaults of Notre-Dame de Paris before and after the fire
Li et al. Damage detection for historical architectures based on TLS intensity data
Vorobyev et al. Evaluation of displacements by means of 3D laser scanning in a mechanically loaded replica of a hull section of the Vasa ship
RU2572061C1 (en) Method of laser 3d scanning of operative detection of panel structure deformation degree
RU2572056C1 (en) Method of laser 3d scanning of operative definition of deformation degree of structure having complex structural shape
RU2572060C1 (en) Method of laser 3d scanning of operative detection of panel structure deformation degree
RU2575803C1 (en) Method of laser 3d scanning for prompt determination of level of deformity of panel structure
Scaioni et al. High-resolution texturing of building facades with thermal images
RU2572055C1 (en) Method of laser 3d scanning of operative definition of deformation degree of structure having complex structural shape
Xiong et al. Reality capture and site-scanning techniques for material reuse planning
RU2572054C1 (en) Method of laser 3d scanning of operative definition of deformation degree of structure having complex structural shape
Solla et al. Analysis of structural integrity through the combination of non-destructive testing techniques in heritage inspections: The study case of San Segundo's hermitage (Ávila, Spain)
Riveiro et al. Laser scanning for the evaluation of historic structures
Guldur et al. Damage detection on structures using texture mapped laser point clouds
Birk et al. Dating wall constructions from brick sizes in the flooded basement of a ww-ii submarine bunker for the digitization of cultural heritage
Mongelli et al. Photogrammetric survey to support non destructive tests at St. Alexander Catacombs in Rome
Kuzmić et al. Application of Terrestrial Laser Scanning Technology for the Purpose of Creating 3D Models of Objects
Majid et al. The Digital Documentations of Historical Charcoal Chamber Monument Using LiDAR Technology
Johnston et al. Estimating building floor plans from exterior using laser scanners

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161028