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申请/专利权人：中国铁建大桥工程局集团有限公司;中铁建大桥工程局集团第四工程有限公司;中铁建大桥工程局集团第六工程有限公司

摘要：本发明涉及一种基于三维激光扫描的三主桁钢横向高度差调节系统，属于桥梁施工技术领域，包括三维激光扫描仪、钢桁拱桥上的三主桁钢梁、数据处理终端和千斤顶高程自动控制设备，所述三维激光扫描仪对钢桁拱桥上的三主桁钢梁进行检测，并传输给数据处理终端；所述数据处理终端将获取到的数据与计算理论数据信息进行对比分析，得到数据分析结果；所述千斤顶高程自动控制设备对钢桁拱桥上的三主桁钢梁进行调整。通过对三维激光扫描仪得到的数据进行处理、建模，从而分析三主桁钢梁需要调节的部位和调节方向，并对三主桁钢梁进行调节，借助模型进行分析，使分析结果更加直观，能准确地判断出需要调节的部位，并具有针对性的进行调节。

主权项：1.一种基于三维激光扫描的三主桁钢梁横向高度差调节方法，应用于基于三维激光扫描的三主桁钢横向高度差调节系统，其特征在于，所述基于三维激光扫描的三主桁钢横向高度差调节系统，包括三维激光扫描仪、设置在钢桁拱桥上的三主桁钢梁、数据处理终端和千斤顶高程自动控制设备，所述三维激光扫描仪，用于对钢桁拱桥上的三主桁钢梁进行检测，获得检测的数据，并通过WiFi网络传输给数据处理终端；所述数据处理终端，用于将获取到的数据与计算理论数据信息进行对比分析，得到数据分析结果；所述千斤顶高程自动控制设备，用于对钢桁拱桥上的三主桁钢梁进行调整；所述基于三维激光扫描的三主桁钢梁横向高度差调节方法包括以下步骤：步骤S1、使用三维激光扫描仪对三主桁钢梁进行扫描，获取构建三维模型的输入数据；步骤S2、对扫描得到的三维模型进行分析，确定三主桁钢梁在横向高度差方向需要进行调节；步骤S3、根据分析结果，设计出适合的横向高度差调节方案，确定需要调节的部位和调节方向；步骤S4、根据设计方案的理论数据，对三主桁钢梁进行横向高度差的调节；步骤S5、调节之后，通过三维激光扫描仪对三主桁钢梁再次进行扫描，获得调节后的三维模型数据，并将调节后的三维模型数据与调节前的模型数据进行比较，确保调节效果符合要求；步骤S1中，使用三维激光扫描仪对三主桁钢梁进行扫描，获取构建三维模型的输入数据；包括以下步骤：步骤S110、激光扫描待测三主桁钢梁，生成三主桁钢梁表面密集点云；步骤S120、对所述三主桁钢梁表面密集点云进行平面分割，得到所述三主桁钢梁的各分割区域；步骤S130、从各分割区域中确定三主桁钢梁的支撑结构和底座区域，对支撑结构和底座区域分别进行拟合，得到两个拟合平面；步骤S140、将三主桁钢梁的支撑结构和底座区域的每个点分别投影至两个拟合平面中，对所述拟合平面中的投影点集进行切片计算，得到每个切片对应的钢桁梁横向高度差；具体包括：步骤S1401、将三主桁钢梁区域投影面积大的拟合平面作为投影面，将所述三主桁钢梁区域内的每个点投影至所述投影面上，得到投影点集；步骤S1402、将三主桁钢梁区域投影面积小的拟合平面作为切片面，基于所述投影点集相对所述切片面之间的距离对所述投影点集进行切片计算，得到每个切片对应的横向高度差；步骤S120中，对所述三主桁钢梁表面密集点云进行平面分割，得到所述三主桁钢梁的各分割区域，具体包括以下步骤：步骤S1201、基于主成分分析法估算所述三主桁钢梁表面密集点云的法向量；步骤S1202、基于区域生长算法以及所述法向量，对所述三主桁钢梁表面密集点云进行分割，得到所述待测三主桁钢梁的各分割区域；步骤S1201中，基于主成分分析法估算所述三主桁钢梁表面密集点云的法向量，包括：步骤S12011、对所述三主桁钢梁表面密集点云进行局部邻域搜索，确定个采样点以及各采样点对应的局部邻近点；步骤S12012、基于采样点和局部临近点拟合局部最小二乘平面；步骤S12013、将所述局部最小二乘平面转换为邻域协方差矩阵，并对所述邻域协方差矩阵进行特征值分解；步骤S12014、将所述邻域协方差矩阵的最小特征值所对应的特征向量确定为所述采样点的估计法向量；步骤S12015、计算所有所述采样点的估计法向量，得到所述三主桁钢梁表面密集点云的法向量；步骤S12013中，将局部最小二乘平面转换为邻域协方差矩阵具体包括以下步骤：步骤S120131、计算所述三主桁钢梁表面密集点云的法向量；步骤S120132、从点云中提取平面基元，采用高效RANSAC方法从点云中提取平面基元，再利用MCMD-Z方法对提取的平面进行出差剔除，拟合高精度平面基元；步骤S120133、计算出平面基元的方程：利用平面基元内点的共勉关系抽象出共面的平面基元φ＝{φ1，φ2，…，φN}，其中，设平面φi对应的定点记作剩余的点为平面基元φi对应的方程记为Fix，y，z＝0，其中i＝1，2，…，N，平面方程的表达式为Ax+By+Cz＝0，C≠0，采用多点最小二乘法拟合平面方程，得到对应的方程集合为F＝{F1，F2，…，FN}，将R″中的点依次代入F中，若满足方程Fi则将R″中满足方程Fi的点加入到中得到整理得到步骤S120134、将提取平面转换为非线性约束整数规划的问题并求解，包括：采用蒙特卡罗方法求解得到提取的平面的相对最优解；步骤S1202中，基于区域生长算法以及所述法向量，对所述三主桁钢梁表面密集点云进行分割，得到所述待测三主桁钢梁的各分割区域，包括：步骤S12021、从所述三主桁钢梁表面密集点云中随机选取一个未赋予属性的种子点；步骤S12022、以所述种子点为中心，遍历所述种子点的邻域，判断邻域点与所述种子点的反向量是否具有相似性；步骤S12023、将具有相似性的所述邻域点与所述种子点合并，并从合并生成的堆栈中重新随机选取一个种子点，重复以种子点为中心，遍历种子点的邻域，判断邻域点与所述种子点的法向量是否具有相似性的步骤；步骤S12024、当所述堆栈为空时，重复从所述三主桁钢梁表面密集点云中随机选取一个未赋予属性的种子点的步骤，直至三主桁钢梁表面密集点云中的每个点均分割有归属区域；步骤S12025、得到所述三主桁钢梁的各归属区域，所述归属区域即为分割区域；其中，对三主桁钢梁进行横向高度差的调节方式包括：调节方式1、调节方式2和调节方式3，调节方式1包括：通过调整钢梁的支座高度来改变三主桁钢梁的横向高度差，使用可调节高度的支座或者增加垫片的方式来实现；调节方式2包括：在三主桁钢梁的连接部位加装调节装置，通过调节装置来改变梁的高度差，调节装置包括螺栓、垫圈和调高器中的至少一种；调节方式3包括：在三主桁钢梁的设计中，采用不同直径的横梁，让其高度差形成固定的结构设计，从而调节三主桁钢梁的横向高度差；其中，通过将扫描数据与理论数据进行对比，从而判断三主桁钢梁的横向高度差是否处于正常范围内，包括：获取三主桁钢梁的理论数据，包括结构的设计档案和制图资料；使用三维激光扫描仪获取三主桁钢梁的实测数据，对扫描数据进行后处理，包括：数据清洗和剖面提取操作；将理论数据和扫描数据进行对比分析，包括：综合比较高度值差异、截面形状的差异和立体形态变化，以得出两者之间的相似度和差异性；结合实际的设计要求和实测数据分析结果，进行判定并得出结论；包括：如果实测数据与理论数据的差异超过预设阈值，则判定为需要进行钢梁调整或加固；三维扫描仪获得的数据的处理步骤包括：对扫描得到的原始数据进行处理，去除噪声和异常点；对三主桁钢梁的实际扫描数据进行拼接处理，生成完整的三维模型；对三维模型进行剖面提取，得出不同高度、不同方向的钢梁面形态；将实测数据与理论数据进行形态匹配，通过将实测数据匹配到的理论数据的位置，得出实测数据在空间位置上的信息；将处理后的数据进行可视化展示，以图形化的方式呈现出三主桁钢梁的形态和间结构信息；其中，将实测数据与理论数据进行形态匹配，包括以下步骤：将实测数据与理论数据统一到同一个坐标系中，具体为：通过在扫描过程中设置参考标记点或特征点，并在后续处理中利用这些点进行坐标系对齐；选择一些具有明显特征或辨识度高的点进行匹配，包括突出的角点和明确的几何特征，通过在实测数据和理论数据中找到相应的特征点，并利用特征点的坐标信息进行匹配；采用三维模型拟合的方法，将实测数据与理论数据进行形态匹配，通过对实测数据进行参数化表示，并利用参数化的拟合模型与理论数据进行拟合匹配；其中，通过三维拟合的方法将实测数据与理论数据进行形态匹配，包括以下步骤：将实测数据表示为一组参数化的三维空间数据，参数化的方法包括坐标描述法、曲线描述法和曲面描述法；采用非线性拟合模型，建立模型描述实测数据的形态和位置；通过最小二乘法计算相关参数，得到理论模型和实测数据之间的关系；将计算出的参数与理论模型模拟出来的三维空间数据进行拟合，比较实测数据和理论数据之间的匹配度；基于模型拟合后的结果，结合实测数据的精度进行调整和优化；在形态匹配过程中，若实测数据与理论数据之间的差异值超过预设值，则对数据进行调整。

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