一种基于三维激光扫描技术的建构物健康监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于工程结构健康监测与评估领域，特别涉及一种基于三维激光扫描技术的建构物健康监测系统。
【背景技术】
[0002]地面三维激光扫描技术(Terrestrial Laser Scanning，TLS)是20世纪90年代发展起来的一种快速获取空间三维信息的新技术手段，使得空间数据的获取从传统的单点数据采集向连续的、密集型自动数据获取技术转变，它采用非接触式高速激光测量方式，完整并高精度地重建扫描实物及快速获得原始测绘数据，为建立高逼真、高精度三维模型提供了一种全新的技术手段。传统的检测手段主要有全站仪、GPSRTK技术，他们容易受到天气、交通等很多因素的影响，限制较多。
[0003]传统的把空间建构物实际模型还原成3D模型的的技术诸如CATIA，Pro/E等CAD、CAE软件虽然可以对检测获取的点云逆向建模，但是需要对特征点和特征线进行人工提取来生成模型，耗费大量的人力和时间；因此，我们需要一个自动化的模型重建技术，从而能够及时的构建空间建构物的实际模型以及预测模型，来避免各种安全隐患。
[0004]在工程领域中，有限元分析越来越多地用于仿真模拟，来求解真实的工程问题。将三维激光扫描技术和有限元分析相融合，集数据采集、软件分析以及预测评估于一体的全自动高智能三维监测系统。
【发明内容】
[0005]为克服上述现有技术的缺陷与不足，本发明提供一种基于三维激光扫描技术的建构物健康监测系统。
[0006]本发明的技术方案是:
一种基于三维激光扫描技术的建构物健康监测系统，包括测量数据采集以及预处理模块，数据分析模块和智能预测模块，所述数据采集以及预处理模块所采集的建构物数据在数据分析模块中进行分析处理，所述智能预测模块结合数据分析结果以及所述数据采集以及预处理模块所采集的数据综合分析进而监测和评估建构物。
[0007]优选的，所述的测量数据采集以及预处理模块包含多传感器测量子模块、控制和数据采集子模块与数据预处理子模块；多传感器测量子模块与控制和数据采集子模块测量得到工程结构各区域点云数据，数据预处理子模块对点云数据进行坐标纠正，对数据进行滤波，减少数据的噪声点，并把仪器坐标系下的点云转化到当地或者全球坐标系统下，从而完成点云数据的预处理。
[0008]进一步优选的，所述多传感器测量子模块包括三维激光扫描仪。
[0009]进一步优选的，所述控制和数据采集子模块中以控制台为中心，控制台控制设备开启，关闭以及检测。
[0010]进一步优选的，所述数据分析模块包含三维模型重建子模块和有限元模型子模块；三维模型重建子模块通过运用NURBS曲面算法对点云数据分块进行曲面拟合，对试验数据进行回归计算，得到三维模型；有限元模型子模块对设计模型进行有限元分析，将测量数据采集以及预处理模块采集数据与有限元模型进行比对，从而修正有限元模型。
[0011]进一步优选的，所述智能预测模块利用修正后的有限元模型，结合述数据采集以及预处理模块所采集的其他测量数据，综合分析以及预测该建筑物的风险系数，最后在显示器中显示三维模型图像和未来各个时段的评估报告以及解决方案。
[0012]本发明的优点是:
1.本发明所提供的基于三维激光扫描技术的建构物健康监测系统，通过三维激光扫描技术采集数据，完整并高精度地重建扫描实物及快速获得原始测绘数据，可以建立更高精度和更加逼真的三维模型，大大降低采集工序的时间和成本。
[0013]2.本发明的建构物健康监测系统具有监控量测实时化、采集结果精细化、后期处理自动化、输出结果多样化、设计优化直观化、解决方案智能化等特点，操作性强，应用价值大，可广泛用于桥梁、房屋、地铁、煤矿等建构物的检测和评估，应用范围广。
【附图说明】
[0014]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明所述的基于三维激光扫描技术的建构物健康监测系统的洗头膏原理图； 图2为本发明实施例所述的三维激光扫描点云三维重建的流程图。
[0015]图中:1.采集以及预处理模块；2.数据分析模块；智能预测模块；4.多传感器测量子模块；5.控制和数据采集子模块；6.数据预处理子模块；7.三维模型重建子模块；8.有限元模型子模块；9.自动化输出子模块。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图，通过实施例对本发明的一种基于三维激扫描技术的健康监测系统的技术方案作进一步详细说明。
[0017]如图1所示，本发明所揭示的基于三维激扫描技术的健康监测系统，具有主模块测量数据采集以及预处理模块1、数据分析模块2和智能预测模块3。所述测量数据采集以及预处理模块I包括多传感器测量子模块4，控制和数据采集子模块5和数据预处理自模块6，数据分析模块2包括三维模型重建子模块7和有限元模型子模块8，智能预测模块3包括自动化输出子模块9。
[0018]所述的测量数据采集以及预处理模块的多传感器测量子模块与控制和数据采集子模块测量得到工程结构各区域点云数据，数据预处理子模块对点云数据进行坐标纠正，对数据进行滤波，减少数据的噪声点，并把仪器坐标系下的点云转化到当地或者全球坐标系统下，从而完成点云数据的预处理。所述多传感器测量子模块以三维激光扫描仪为主。所述控制和数据采集子模块中以控制台为中心，控制台控制设备开启，关闭以及检测。
[0019]所述数据分析模块的三维模型重建子模块通过运用NURBS曲面算法对点云数据分块进行曲面拟合，对试验数据进行回归计算，得到三维模型；有限元模型子模块对设计模型进行有限元分析，将测量数据采集以及预处理模块采集数据与有限元模型进行比对，从而修正有限元模型。
[0020]所述智能预测模块利用修正后的有限元模型，结合述数据采集以及预处理模块所采集的其他测量数据，综合分析以及预测该建筑物的风险系数，最后通过自动化输出子模块在显示器中显示三维模型图像和未来各个时段的评估报告以及合理解决方案。
[0021]具体的，本发明所述的基