特大桥梁薄壁空心高墩内滑外翻施工物料点云识别方法与流程

本发明属于点云处理，尤其涉及特大桥梁薄壁空心高墩内滑外翻施工物料点云识别方法。

背景技术：

1、特大桥梁薄壁空心高墩是一种常见的桥梁下部结构，它具有高度大、截面尺寸小、壁厚薄、空心率高等特点，适用于大跨度、高墩的桥梁工程。薄壁空心高墩的施工技术主要有滑模法、爬模法和翻模法三种，其中翻模法是一种较为先进和经济的施工方法，它利用塔吊将模板进行翻升和拆装，实现墩身的分层浇筑。翻模法的优点有：外形美观平整，设备利用率高，可自我修整模板偏差，经济效应好，现场施工方便等。

2、然而，翻模法也存在一些问题和难点，主要有以下几个方面：

3、翻模过程中，模板与墩身之间存在一定的间隙，导致混凝土渗漏和流失，影响墩身质量和强度；

4、翻模过程中，模板与墩身之间存在一定的摩擦力，导致混凝土表面破损和剥落，影响墩身外观和耐久性；

5、翻模过程中，由于塔吊作业范围受限，难以对墩身内部进行有效的检测和监控，导致墩身内部可能存在缺陷和隐患，影响墩身安全性；

6、翻模过程中，由于塔吊作业时间长、频率高、重量大、幅度大等因素，对塔吊本身造成较大的磨损和损耗，影响塔吊使用寿命和稳定性。

7、为了解决上述问题和难点，目前已有一些相关的技术方案被提出和应用。例如：有研究者公开了一种特大桥梁薄壁空心高墩内滑外翻施工方法及其装置。该方法采用了内滑外翻的方式，在墩身内部设置了滑动支架，在墩身外部设置了翻转支架，在滑动支架上设置了可升降的内模板，在翻转支架上设置了可翻转的外模板，通过控制滑动支架和翻转支架的运动，实现了墩身的分层浇筑和模板的拆装。该方法的优点是：可以减少混凝土渗漏和流失，提高墩身质量和强度；可以减少模板与墩身之间的摩擦力，提高墩身外观和耐久性；可以对墩身内部进行有效的检测和监控，提高墩身安全性；可以减少塔吊作业范围和频率，降低塔吊磨损和损耗。

8、另有研究者公开了一种特大桥梁薄壁空心高墩内滑外翻施工方法及其装置。该方法采用了内滑外翻的方式，在墩身内部设置了滑动支架，在墩身外部设置了翻转支架，在滑动支架上设置了可升降的内模板，在翻转支架上设置了可翻转的外模板，通过控制滑动支架和翻转支架的运动，实现了墩身的分层浇筑和模板的拆装。该方法与上一研究不同之处在于：在滑动支架上还设置了可升降的检测平台，在检测平台上设置了多个检测仪器，通过检测仪器对墩身内部进行多维度、多角度、多层次的检测和监控，实现了对墩身内部结构和质量的全面评估。该方法的优点是：可以对墩身内部进行更加精确和细致的检测和监控，提高墩身安全性；可以根据检测结果对施工过程进行及时调整和优化，提高施工效率和质量。

9、上述方案虽然在一定程度上改进了特大桥梁薄壁空心高墩内滑外翻施工方法及其装置，但仍然存在以下不足之处：

10、1)均为基于传统的检测仪器进行墩身内部检测和监控，这些检测仪器通常具有体积大、重量重、安装困难、维护复杂、成本高等缺点，不利于在狭小的墩身内部进行灵活和快速的检测和监控；

11、2)均为基于人工或半自动化的方式进行墩身内部检测和监控，这些方式通常具有效率低、误差大、可靠性差等缺点，不利于对大规模、复杂、变化的墩身内部数据进行准确和及时的分析和处理；

12、3)均未考虑到对墩身外部进行有效的检测和监控，这些方式通常无法发现或预防一些由于环境因素或施工误操作等原因导致的墩身外部缺陷或隐患，不利于保证墩身外观和耐久性。

13、因此，提出特大桥梁薄壁空心高墩内滑外翻施工物料点云识别方法，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提出特大桥梁薄壁空心高墩内滑外翻施工物料点云识别方法，对墩身内部和外部的物料进行点云扫描和识别，实现对墩身结构和质量的实时监测和控制，提高特大桥梁薄壁空心高墩内滑外翻施工的效率和安全性，降低施工成本和风险。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、特大桥梁薄壁空心高墩内滑外翻施工物料点云识别方法，包括以下步骤：

4、s1：根据工程设计图和施工计划，设置好无人机和相机的参数，并将无人机和相机与中央控制系统进行连接和校准，同时，设置好中央控制系统的参数；

5、s2：根据中央控制系统设置好的参数，无人机和相机对墩身内部和外部的物料进行激光扫描和图像采集，生成物料表面的点云数据和图像数据，并将数据传输至中央控制系统；

6、s3：中央控制系统对接收到的点云数据和图像数据进行预处理，得到完整的墩身表面的点云数据；

7、s4：中央控制系统对完整的墩身表面的点云数据进行分析和识别，得到不同划分类别的点云数据；

8、s5：中央控制系统根据不同划分类别的点云数据，生成墩身结构和质量的评估报告，并将评估报告以可视化的方式显示在监控界面上，同时将评估报告以文本或语音的方式发送给施工人员或管理人员；

9、s6：中央控制系统根据评估报告中的内容，对施工过程进行实时监测和控制。

10、上述的方法，可选的，s1中无人机和相机的参数包括但不限于数量、位置、角度；

11、中央控制系统的参数包括但不限于：预设的时间间隔或指令、激光扫描仪和图像传感器的分辨率、点云数据和图像数据的预处理方式、点云语义分割模型的参数、评估报告的格式、监测和控制的规则。

12、上述的方法，可选的，s3中的中央控制系统对接收到的点云数据和图像数据进行的预处理包括但不限于：去噪、滤波、配准、融合。

13、上述的方法，可选的，去噪操作使用统计滤波器或条件滤波器；

14、滤波操作使用体素网格滤波器或均值滤波器；

15、配准操作使用迭代最近点算法或正态分布变换算法；

16、融合操作使用加权平均法或最大似然法。

17、上述的方法，可选的，s4的具体内容为：采用基于pointnet++为主干网络，通过为pointnet++添加新的局部特征聚合模块invresmlp-a并对网络结构进行了调整，同时调整数据增强方式、优化器训练策略，建立了新的大规模点云语义分割模型，该模型对点云数据进行语义分割，将点云数据划分为不同的类别。

18、上述的方法，可选的，s5中评估报告根据不同的需求和目的进行定制和展示，包括但不限于：墩身表面的三维重建图、物料的类别标注图、物料的数量和比例统计图、物料的形状和尺寸测量图、物料的缺陷和隐患检测图、物料的质量评级图。

19、上述的方法，可选的，s6的具体内容为：

20、若评估报告中显示有混凝土渗漏或流失的情况，中央控制系统则自动调节滑动支架或翻转支架的运动速度或位置，缩小模板与墩身之间的间隙；

21、若评估报告中显示有混凝土表面破损或剥落的情况，中央控制系统则自动调节滑动支架或翻转支架的运动力度或角度，缩小模板与墩身之间的摩擦力；

22、若评估报告中显示有墩身内部缺陷或隐患的情况，中央控制系统则自动发送警报或指令，要求施工人员或管理人员进行检查或修复；

23、若评估报告中显示有墩身外部缺陷或隐患的情况，中央控制系统则自动发送警报或指令，要求施工人员或管理人员进行检查或修复；

24、若评估报告中显示有其他异常或危险的情况，中央控制系统则自动采取相应的应急措施。

25、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了特大桥梁薄壁空心高墩内滑外翻施工物料点云识别方法，具有以下有益效果：

26、(1)本发明可以对墩身内部和外部的物料进行点云扫描和识别，实现对墩身结构和质量的实时监测和控制，提高特大桥梁薄壁空心高墩内滑外翻施工的效率和安全性，降低施工成本和风险；

27、(2)本发明采用了无人机和相机作为检测设备，无人机和相机具有体积小、重量轻、安装方便、维护简单、成本低等优点，可以在狭小的墩身内部进行灵活和快速的检测和监控；

28、(3)本发明采用了基于pointnet++为主干网络，通过为pointnet++添加新的局部特征聚合模块invresmlp-a并对网络结构进行了适当调整，同时调整数据增强方式、优化器等训练策略，建立了新的大规模点云语义分割模型作为识别方法，该模型可以对点云数据进行高效、准确、鲁棒的语义分割，可以对墩身内部和外部的物料进行全面、细致、实时的识别和评估；

29、(4)本发明采用了中央控制系统作为监测和控制系统，中央控制系统可以根据识别和评估后的点云数据，生成墩身结构和质量的评估报告，并将报告以可视化、文本或语音的方式反馈给施工人员或管理人员，同时根据报告中的内容，对施工过程进行实时监测和控制，可以提高特大桥梁薄壁空心高墩内滑外翻施工的效率和安全性，降低施工成本和风险。