一种基于BIM的桥梁水下病害健康管理方法

本发明涉及桥梁检测，尤其是一种基于bim的桥梁水下病害健康管理方法。

背景技术：

1、随着桥梁健康监测系统(shm)系统的出现，避免了耗时的检查和评估过程，降低了桥梁维护成本，在桥梁表面损伤的自动检测方面取得了很大进展。shm系统的发展已经比较完善，但仍存在可视化不足等问题，而且在桥梁的水下结构中，仍然缺乏对桥梁水下结构的外部检测。用于水下结构监测的应用很少，现有的一些独立的检测方法不能很好地与shm系统结合。而bim的特点可以弥补这一不足。建筑信息建模(bim)技术自1974年首次提出以来得到了广泛的应用。bim是一个具有信息集成和工程特性的开放式平台。它可以为健康监测提供一个可视化、可开发的数字表达环境，有效提高监测信息的可视化和信息共享。将bim与shm系统的优势相结合，可以解决shm系统可视化不足的问题，改善陆上桥梁水上部分和水中桥梁的健康监测问题，然而如何缺乏bim和shm系统结合以用于对于桥梁水下结构的检测的方法，如何实现bim和shm系统结合以用于对于桥梁水下结构的检测是亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题而提出了一种基于bim的桥梁水下病害健康管理方法。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种基于bim的桥梁水下病害健康管理方法，包括以下步骤：

4、步骤1、基于bim系统建立桥梁三维模型；

5、步骤2、将所述桥梁三维模型导入水下病害健康管理系统中，在所述水下病害健康管理系统中对所述桥梁三维模型的各个组成部分进行命名和编号；将所述桥梁三维模型通过api接口与所述水下病害健康管理系统进行连接，实现所述桥梁三维模型在所述水下病害健康管理系统中的可视化；

6、步骤3、通过水下机器人对桥梁水下结构进行多角度拍摄，获取全方位的桥梁水下结构图像；

7、步骤4、对所述桥梁水下结构图像进行病害区域标注，并对病害区域标注后的桥梁水下结构图像进行筛选和剔除，获取具有有效病害区域的桥梁水下结构图像；

8、步骤5、采用mobileone-yolov7-tiny网络模型对进行病害区域标注的所述具有有效病害区域的桥梁水下结构图像进行识别，获取所述具有病害区域的桥梁水下结构图像的病害裂缝长度、宽度以及裂缝形状信息；

9、步骤6、采用3d点云病害重建方法对进行病害区域标注的所述具有有效病害区域的桥梁水下结构图像进行重建，获取所述具有有效病害区域的桥梁水下结构图像的病害深度、面积信息；

10、步骤7、建立桥梁结构损伤数据库，将获取所述具有有效病害区域的桥梁水下结构图像的病害裂缝长度、宽度、裂缝形状、病害深度、面积信息导入所述桥梁结构损伤数据库中；

11、步骤8、通过api接口将所述桥梁结构损伤数据库导入所述病害健康管理系统；

12、步骤9、通过所述病害健康管理系统对所述病害详细信息进行分类，并根据病害的发生位置在所述桥梁三维模型中对应位置进行标注。

13、进一步地，所述步骤5包括以下步骤：

14、步骤50、构建yolov7-tiny网络模型，所述yolov7-tiny网络模型的主干特征提取网络为backbone网络；

15、步骤51、将所述yolov7-tiny网络模型的主干特征提取网络由backbone网络修改为mobileone轻量化网络；

16、步骤52、在所述yolov7-tiny网络模型的head网络中增加cbam注意力机制，获得mobileone-yolov7-tiny网络模型；

17、步骤53、通过所述mobileone-yolov7-tiny网络模型对进行病害区域标注的所述具有有效病害区域的桥梁水下结构图像进行识别，获取裂缝长度、宽度以及裂缝形状病害信息。

18、进一步地，所述步骤6包括以下步骤：

19、步骤60、通过图像重建realitycapture软件将具有有效病害区域的桥梁水下结构图像进行三维点云转换获得三维点云体；

20、步骤61、使用高斯滤波方法对所述三维点云体进行去噪处理，获得了去噪后的三维点云体；

21、步骤62、通过泊松算法对所述去噪后的三维点云体进行缺陷体点云重建，生成点云面体；

22、步骤63、利用三维凸包算法、vtk、3d点云处理软件对所述点云面体进行体积计算，获取桥梁水下结构图像的病害深度、面积等病害信息。

23、进一步地，所述步骤7中建立桥梁结构损伤数据库包括以下步骤：

24、步骤70、通过sqlserver2012软件建立两级数据库结构；

25、步骤71、在第一级数据库中增加桥梁病害检查基础信息，所述桥梁病害检查基础信息包括桥梁名称、桥梁病害检测时间和桥梁模型文件；

26、步骤72、在第二级数据库中增加桥梁病害检查详细信息，所述桥梁病害检查详细信息包括桥梁结构的病害照片、病害裂缝长度、宽度、裂缝形状、病害深度以及面积信息获得桥梁结构损伤数据库。

27、进一步地，所述步骤1包括以下步骤：根据图纸建立桥梁的参数构件族中的每个构件，所述桥梁的各构件的参数构件族包括主塔参数构件族、辅助墩参数构件族、梁体参数构件族、桥梁墩柱参数构件族、桩基参数构件族以及斜拉索参数构件族，建立完整的桥梁构件族库；在同一平面标高环境参考系下，将桥梁的每个构件进行组装形成参数构件族；将参数构件族进行组装形成桥梁的bim模型。

28、进一步地，所述步骤3包括以下步骤：

29、步骤31、采用密封结构对双目摄像机进行密封；

30、步骤32、控制携带有密封的双目摄像机的水下机器人在水下运动，对桥梁水下结构进行多角度拍摄，获取全方位的桥梁水下结构图像。

31、进一步地，所述对所述桥梁水下结构图像进行病害区域标注，获取具有病害区域的桥梁水下结构图像包括以下步骤；

32、步骤41、使用labelimg软件对所述桥梁水下结构图像进行病害区域标注；

33、步骤42、对进行病害区域标注后的桥梁水下结构图像进行筛选，剔除不具有病害区域标注和病害区域标注面积小于设定值的图像，获取具有有效病害区域的桥梁水下结构图像。

34、进一步地，所述步骤9包括以下步骤：

35、步骤91、人工对所述病害详细信息在所述病害健康管理系统中进行分类；

36、步骤92、人工根据病害的发生位置在所述桥梁三维模型查找相应的部件的命名和编号，并根据相应的部件的命名和编号在对应的桥梁三维模型位置中进行标注。

37、与现有技术比较，本发明公开的基于bim的桥梁水下病害健康管理方法具有以下有益效果：本发明实现了桥梁结构信息的可视化的同时，实现桥梁水下病害信息的可视化，有效的实现了桥梁水下结构的病害管理，进而便于对桥梁水下结构评定等级以及桥梁维护方案。

技术特征：

1.一种基于bim的桥梁水下病害健康管理方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于bim的桥梁水下病害健康管理方法，其特征在于：所述步骤5包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的基于bim的桥梁水下病害健康管理方法，其特征在于：所述步骤6包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的基于bim的桥梁水下病害健康管理方法，其特征在于：所述步骤7中建立桥梁结构损伤数据库包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的基于bim的桥梁水下病害健康管理方法，其特征在于：所述步骤1包括以下步骤：根据图纸建立桥梁的参数构件族中的每个构件，所述桥梁的各构件的参数构件族包括主塔参数构件族、辅助墩参数构件族、梁体参数构件族、桥梁墩柱参数构件族、桩基参数构件族以及斜拉索参数构件族，建立完整的桥梁构件族库；在同一平面标高环境参考系下，将桥梁的每个构件进行组装形成参数构件族；将参数构件族进行组装形成桥梁的bim模型。

6.根据权利要求1所述的基于bim的桥梁水下病害健康管理方法，其特征在于：所述步骤3包括以下步骤：

7.根据权利要求1所述的基于bim的桥梁水下病害健康管理方法，其特征在于：所述对所述桥梁水下结构图像进行病害区域标注，获取具有病害区域的桥梁水下结构图像包括以下步骤；

8.根据权利要求1所述的基于bim的桥梁水下病害健康管理方法，其特征在于：所述步骤9包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于BIM的桥梁水下病害健康管理方法，通过将建立桥梁三维模型导入水下病害健康管理系统中实现模型的可视化；通过水下机器人获取全方位的桥梁水下结构图像；通过Mobileone‑YOLOv7‑tiny网络模型和3D点云病害重建方法对桥梁水下结构图像进行处理获取病害详细信息，并根据病害信息建立桥梁结构损伤数据库以及将桥梁结构损伤数据库导入所述病害健康管理系统；以根据病害的发生位置在桥梁三维模型中对应位置进行标注。本发明公开的基于BIM的桥梁水下病害健康管理方法实现了桥梁结构信息的可视化的同时，实现桥梁水下病害信息的可视化，有效的实现了桥梁水下结构的病害管理，进而便于对桥梁水下结构评定等级以及桥梁维护方案。

技术研发人员：李晓飞,李德飞,卫孟浦,孟庆航,宋泰毅,张臣,邹铮,张立晓
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22