(22)申請日2025.05.28司西一段90號(72)發(fā)明人白皓賈東林朱峻楓劉凱文黃兵袁飛云廖知勇蘭富安鄭永雄趙飛舟李欣官維維向?qū)毶嚼顫鼼O6TGO6TGO6VGO6V (普通合伙)51255基于地面三維掃描的大批量橋墩垂直度自了一種基于地面三維掃描的大批量橋墩垂直度自動化檢測方法，包括如下步驟：S1:布置三維激儀采集的單站點云進行配準獲得橋梁及環(huán)境點云；S2:提取橋梁點云，S3對點云進行分割處理獲形狀判斷；S6:橋墩垂直度檢測。由此，方法通過采集大量點云數(shù)據(jù)可以擬合出連續(xù)的高精度的中，自動分割出橋墩點云，并實現(xiàn)橋墩的批量化橋梁點云沿橋梁路線進行切片得到若干第一切片，獲得若干第一切片中的峰值切片以提取出橋墩區(qū)域點云，建立橋墩區(qū)域點云的局部坐標系21.一種基于地面三維掃描的大批量橋墩垂直度自動化檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：S1、基于三維激光掃描儀和標靶球采集單站點云，識別所述單站點云內(nèi)的標靶球點云，通過所述標靶球點云配準得到橋梁及橋梁周圍環(huán)境的整體點云模型；S3、估計所述橋梁的橋梁路線，對所述橋梁點云沿所述橋梁路線進行切片得到若干第一切片，獲得若干所述第一切片中的峰值切片，基于所述峰值切片在所述橋梁點云中提取出橋墩區(qū)域點云，建立所述橋墩區(qū)域點云的局部坐標系；S4、在所述局部坐標系下沿第二方向切片得到若干第二切片，統(tǒng)計各個所述第二切片的點云密度得到第一橋墩點云，將所述第一橋墩點云沿第三方向進行切片得到第三切片，根據(jù)所述第三切片獲得濾波斷面尺寸，并且經(jīng)包圍盒濾波得到第二橋墩點云，經(jīng)歐式聚類分割提取第三橋墩點云；S5、基于包圍盒尺寸和擬合圓的標準差判別橋墩截面輪廓；S6、針對S5中判斷的不同所述橋墩截面輪廓，將所述第三橋墩點云在所述局部坐標系下沿第四方向切片得到的第四切片，根據(jù)所述第四切片的點云計算出橋墩的形心，擬合出截面形心對橋墩截面垂直度進行檢測。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地面三維掃描的大批量橋墩垂直度自動化檢測方法，其S21、將所述整體點云模型采用布料濾波算法分割為地上點云和地面點云；S22、采用歐式聚類分割算法將所述地上點云分割為多個聚類團，根據(jù)預設參數(shù)分割出所述橋梁點云。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于地面三維掃描的大批量橋墩垂直度自動化檢測方法，其特征在于，所述S3具體包括如下步驟：S31、將所述橋梁點云投影到XOY平面，得到二維橋梁點云；S32、分析出所述橋梁的前進方向，并擬合所述二維橋梁點云中的點云數(shù)據(jù)的質(zhì)心坐標(xmi,ym),下標mi用于區(qū)分參數(shù)，從而得到描述所述橋梁路線的關(guān)系式y(tǒng)=ax2+bx+c,式中a、b、c均為參數(shù)，x為橋梁路線在水平方向上的自變量坐標值，y為橋梁路線在豎直方向上的位置坐標；S33、將所述二維橋梁點云按照設定的第一切片間距D沿橋梁路線y=ax2+bx+c的方向進行切片，得到若干所述第一切片；S34、統(tǒng)計分割后的所述第一切片的點云數(shù)量，所述點云數(shù)量最多的所述第一切片位置為所述峰值切片，采用所述峰值切片位置中心點路線切線方向左右Dmaxcap區(qū)域內(nèi)的點云作S35、建立所述二維橋梁點云對應的所述橋墩的所述局部坐標系xqiVqi-qi,下標qi用于區(qū)分參數(shù)，以XOY平面的質(zhì)心點坐標(XmXm,Z)作為坐標原點，將所述質(zhì)心點坐標(XmXm,Z)與所述橋梁路線相垂直的直線作為y軸，將過所述質(zhì)心點坐標(xmXm,Z)的切線作為x軸。34.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于地面三維掃描的大批量橋墩垂直度自動化檢測方法，其特征在于，所述S4具體包括如下步驟：S42、在所述局部坐標系下沿y軸方向切片得到若干所述第二切片，獲得每個所述第二切片內(nèi)的點云數(shù)量N以及所以第二切片平均點云數(shù)量Nsm,取N?≥Nsm及其相鄰的所述第二切片的點云合并為單個的所述第一橋墩點云；S43、將所述第一橋墩點云沿所述局部坐標系的Z軸方向切片得到若干所述第三切片，將所述第三切片的點云投影到XOY平面；采用方形框擬合所述第三切片投影的點云的邊緣，記錄所述第三切片的點云所對應的方形框尺寸為w、h;,以及所述方形框所對應的形心坐標(xr;,yn,Zn),下標ri用于區(qū)分參數(shù)；對所有所述第三切片所擬合得到的所述方形框的方形尺寸進行統(tǒng)計，將概率最大的所述方形尺寸作為墩柱的濾波斷面尺寸為wo、ho,其中，所述包圍盒的高度方向采用概率最大方形尺寸所對應的形心的擬合直線；S44、采用所述包圍盒濾波后，采用聚類分割提取所述第三橋墩點云。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于地面三維掃描的大批量橋墩垂直度自動化檢測方法，其特征在于，在S43中，分別將所述方形框的尺寸wo、ho增加容許誤差δ提取完整的所述第二橋墩點云，則最終的濾波方形框尺寸為wo+28、ho+2δ。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于地面三維掃描的大批量橋墩垂直度自動化檢測方法，其若滿足|w?-h?|≥x則所述橋墩為矩形截面橋墩，若滿足wo-ho|<k則所述橋墩為正方形若滿足S≥v,則所述橋墩為正方形橋墩，若滿足S<0,則所述橋墩為圓形橋墩；其中，k為截面長度和寬度的差值，S為對所述第三橋墩點云沿Z軸切片的z值最大切片點云圓擬合的標準差，V為區(qū)分圓形截面和正方形截面的標準差閾值。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于地面三維掃描的大批量橋墩垂直度自動化檢測方法，其S61、將所述第三橋墩點云在所述局部坐標系下沿z軸切片，得到若干所述第四切片，將S62、將投影后的所述第四切片的點云，采用正方形柵格進行分割，并擬合出所述橋墩的多條邊線的方程Yi;S63、將多條所述邊線的方程兩兩之間求解得到若干個交點坐標(x,y),其中i為正整數(shù)、j也為正整數(shù)，(xy,y,)表示第i個所述第四切片中第j個交點；S64、采用求解后的各個所述交點的坐標(x,y,)計算形心坐標(x;m,yim),采用最小二乘擬合法擬合每一個所述第四切片的點云的所述形心坐標(xm,yim),得到橋墩軸線的關(guān)系式Ax+By+Cz+E=0,A、B、C、E均為參數(shù)，x,y,z為橋墩軸線對應的48.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于地面三維掃描的大批量橋墩垂直度自動化檢測方法，其特征在于：對于具有點云缺失的正方形橋墩，在S63步驟以后進行S631A:以橋墩截面的點云的形心坐標(x。,y.)為初始圓心坐標，式中下標c用于區(qū)分參數(shù)，計算所述初始圓心坐標到所述橋墩截面的任意三條邊線的距離d、d?、d?,并以所述三條邊線d?、d?、d?之間的方差ψ作為目標函數(shù)，迭代所述目標函數(shù)確定所述橋墩截面的形心坐標(x,y),其中下標1用于區(qū)分參數(shù)，以及所述橋墩截面所對應的內(nèi)切圓半徑R,且R?=(du+d?1+d31),式中d、d?1、d?1分別為迭代完成時圓心坐標到三條邊的距離；將每一個所述第四切片的內(nèi)切圓圓心坐標作為該所述第四切片輪廓的形心坐標。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于地面三維掃描的大批量橋墩垂直度自動化檢測方法，其特征在于，對于具有點云缺失的矩形橋墩，在S63步驟以后進行S631B;S631B包括：以所述矩形截面橋墩的矩形截面的兩條對角線的交點為基準作矩形的外接圓，獲得對應的兩個所述外接圓的方程且兩個外接圓的半徑分別為r11,r13,圓心坐標分別為；當加=73時，圓心坐標(xn,yn)(x?,y?3)與所述矩形截面的形心(x?,y)重合；當71≠I73時，基于加=73時的圓心坐標(xn,yn)(x?3,y13),將(xn,(yn+y?3)/2)作為矩形截面的外接圓圓心坐標，該外接圓圓心坐標為實際所述矩形截面的形心坐標。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于地面三維掃描的大批量橋墩垂直度自動化檢測方法，其S62C、對投影后的二維點云采用三點圓的方法求解出圓心坐標和半徑，依次遍歷所有所述第五切片的投影點云；S63C、對圓心的所述半徑進行概率統(tǒng)計，得到概率最大的半徑及其所對應的圓心坐標的圓環(huán)體，將所述圓環(huán)體以外的點云刪除；其中ε為容許誤差；S64C、擬合每一個所述第五切片的形心坐標得到橋墩軸線方程，從而計算橋墩垂直度。5技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及橋墩垂直度測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于地面三維掃描的大批量橋墩垂直度自動化檢測方法。背景技術(shù)[0002]目前，中小跨徑的橋梁具有較高的占比，作為高速橋梁的主要組成部分。橋墩作為主梁支撐結(jié)構(gòu)，墩柱的狀態(tài)將會直接影響橋梁的安全。橋墩垂直度作為反映橋墩狀態(tài)的重要指標之一，對建設和運營時期橋墩垂直度進行快速、準確的測量就顯得尤為重要。[0003]最常用的橋墩垂直度檢測方法主要有全站儀和橋檢車等。全站儀這類傳統(tǒng)檢測方法具有低效率、工作量龐大的特點。只能夠?qū)崿F(xiàn)單點測量，對單根墩柱需進行多次測量，導致垂直度檢測具有龐大的工作量。此外，基于全站儀的檢測方法需要在墩柱的兩個垂直方向進行測量，顯然在險峻的山區(qū)是難以實現(xiàn)的，并且難以對不同截面的橋墩進行垂直度檢發(fā)明內(nèi)容[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于地面三維掃描的大批量橋墩垂直度自動化檢測方法，該方法采用地面激光掃描(TLS),具有快速、高精度及可靠性高的特點，針對橋墩垂直度的檢測，能夠?qū)Σ煌孛?、環(huán)境下的橋墩進行批量化的垂直度檢[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種基于地面三維掃描的大批量橋墩垂直度自動化檢測方法，包括如下步驟：S1、基于三維激光掃描儀和標靶球采集單站點云，識別單站點云內(nèi)的標靶球點云，通過標靶球點云配準得到橋梁及橋梁周圍環(huán)境的整體點云模型；S2、對整體點云模型進行分割，分割出橋梁點云；S3、估計橋梁的橋梁路線，對橋梁點云沿橋梁路線進行切片得到若干第一切片，獲得若干第一切片中的峰值切片，基于峰值切片在橋梁點云中提取出橋墩區(qū)域點云，建立橋墩區(qū)域點云的局部坐標系；S4、在局部坐標系下沿第二方向切片得到若干第二切片，統(tǒng)計各個第二切片的點云密度得到第一橋墩點云，將第一橋墩點云沿第三方向進行切片得到第三切片，根據(jù)第三切片獲得濾波斷面尺寸，并且經(jīng)包圍盒濾波得到第二橋墩點云，分割提取第三橋墩點云；S5、基于包圍盒尺寸和擬合圓的標準差判別橋墩截面判斷的不同橋墩截面輪廓，將第三橋墩點云在局部坐標系下沿第四方向切片得到的第四切片，根據(jù)第四切片的點云計算出橋墩的形心，擬合截面形心對橋墩截面垂直度進行檢測。[0006]本發(fā)明的有益效果在于：方法通過采集大量點云數(shù)據(jù)可以擬合出連續(xù)的高精度的橋墩軸線，并且采用擬合橋墩全部點云切片的形心坐標，針對不同橋墩截面輪廓，通過軸線方程與豎直方向之間的夾角來計算垂直度，使測得的數(shù)據(jù)準確度更高；此外，本申請通過點云配準的包含植被、地面以及多達幾十跨的主梁、蓋梁、系梁和橋墩的點云中，提出了橋墩點云的分割算法，實現(xiàn)了墩柱點云的批量化、自動化分割，實現(xiàn)大體量橋梁中，自動分割出6橋墩點云，并實現(xiàn)橋墩的批量化檢測。附圖說明[0007]圖1為本申請實施例的基于地面三維掃描的大批量橋墩垂直度自動化檢測方法流程示意圖；圖2為本申請實施例的基于地面三維掃描的大批量橋墩垂直度自動化檢測方法的另一種表達方式的流程示意圖。具體實施方式[0008]下面將結(jié)合實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的[0009]參閱圖1,本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：根據(jù)本申請實施例的一種基于地面三維掃描的大批量橋墩垂直度自動化檢測方單站點云：指從一個固定的掃描站點(即一個激光掃描儀的位置)獲取的點云數(shù)據(jù)。在三維激光掃描過程中，激光掃描儀從一個特定的位置對物體進行掃描，獲取該位置視角下的物體表面點云數(shù)據(jù)，即形成單站點云。[0010]包圍盒：是一種用于包圍物體或點云的最小幾何體，可以根據(jù)物體的幾何模型生成包圍盒。[0012]在一些實施例中，結(jié)合圖1-圖2理解，基于地面三維掃描的大批量橋墩垂直度自動化檢測方法包括以下步驟：S1、用戶按照地面激光掃描儀入射角的限制，將三維激光掃描儀布置在橋墩旁，例如掃描儀與橋墩表面保持0.5-1.5米安全距離；在橋墩上布置標靶球，例如采用磁性底座固定，將標靶球布置在橋墩的不同區(qū)域。[0013]基于布置的三維激光掃描儀和標靶球采集單站點云，并識別單站點云內(nèi)的標靶球點云，通過標靶球?qū)Ⅻc云配準得到橋梁及橋梁周圍環(huán)境的整體點云模型。S21、將整體點云模型采用布料濾波算法分割為地上點云和地面點云。[0015]值得說明的是，剛度系數(shù)d對布料剛度以及布料模擬結(jié)果與地面的貼合程度具有重要的影響。布料濾波算法目前主要用來處理無人機機載掃描點云，獲取地面數(shù)字模型，點間距一般為幾十厘米，則所采用的d值較大。本申請中采用地面三維激光掃描儀采集點云數(shù)據(jù)，點間距達到毫米級。因此，需根據(jù)場景動態(tài)調(diào)整剛度系數(shù)d,以提高地面點云分割精度。在一些優(yōu)選的示例中，選用d=10r,其中r為掃描儀分辨率(即10m測距處點間距)。將整體點云分割為地面點云與地上點云。[0016]S21、將地上點云采用歐式聚類分割算法，分割為多個聚類團，通過預設的相鄰聚類團之間的最大距離Dmin和聚類團內(nèi)最小點云數(shù)量Numbermm分割出橋梁點云。7點云數(shù)據(jù)的質(zhì)心坐標(xmi,ym),其中下標mi用于區(qū)分參數(shù)，從而得到粗略橋梁路線y=ax2+bx+c每一個等分點的坐標(x對應于橋墩的位置，后稱之為峰值切片。采用峰值切片位置中心點路線切線方向左右8向，得到若干第二切片。第二切片Dcy間距的取值優(yōu)選為小于橋墩截面最小尺寸目的是為了完整提取第一橋墩點云。從而得到(yqi-qi/D的濾波斷面尺寸wo、ho。由于橋墩垂直度差δ提取完整的第二橋墩點云，則最終的濾波方形框尺寸為wo+28、ho+28。方形包圍盒采用式中的第一個條件|wo-h?|與K的關(guān)系區(qū)分矩形截面橋墩和正方形即圓形截面橋墩。然后，根據(jù)第二個條件5與v的關(guān)系區(qū)分正方形截面和圓心截面橋墩。具體的9方形截面的標準差閾值，在一些示例中取值為0.1。[0033]這樣，根據(jù)墩柱點云分割算法中的相關(guān)參數(shù)，即包圍盒的尺寸wo、ho,以及擬合標準差，實現(xiàn)圓形、正方形和矩形橋墩截面的判別。相比于現(xiàn)有技術(shù)中，未針對不同截面的橋墩進行識別的方案中，本申請的準確度更高。[0034]S6、針對S5中判斷的不同橋墩截面輪廓，將所述第三橋墩點云在局部坐標系下沿第四方向切片得到的第四切片，根據(jù)所述第四切片的點云計算出橋墩的形心，擬合截面形心對橋墩截面垂直度進行檢測。[0035]可以理解的是，本申請方法通過采集大量點云數(shù)據(jù)可以擬合出連續(xù)的高精度的橋墩軸線，并且采用擬合橋墩全部點云切片的形心坐標，針對不同橋墩截面輪廓，通過軸線方程與豎直方向之間的夾角來計算垂直度，使測得的數(shù)據(jù)準確度更高；此外，本申請通過點云配準的包含植被、地面以及多達幾十跨的主梁、蓋梁、系梁和橋墩的點云中，提出了橋墩點云的分割算法，實現(xiàn)了墩柱點云的批量化、自動化分割，實現(xiàn)大體量橋梁中，自動分割出橋墩點云，并實現(xiàn)橋墩的批量化檢測。相比現(xiàn)有技術(shù)中，并未進行墩柱點云的批量化提取，而是針對的是單個橋墩，且目標類型是高墩的檢測方法，效果更好。[0036]接下來，基于一些示例性的實施例對S6進行詳細說明。S61、將第三橋墩點云沿第四方向切片，本示例中第四方向為在局部坐標系下的z軸切片，得到若干第四切片。并將第四切片的點云投影到XOY平面，得到[0038]S62、將投影后的第四切片的點云，采用尺寸為dg的正方形柵格進行分割，并擬合出橋墩的邊線yi。[0041]然后，采用每個柵格內(nèi)部點云的最小數(shù)量q與擬合直線標準差σ剔除邊線點云中不合格的柵格點云，每個柵格內(nèi)部點云{G;}直線擬合方法采用RANSAC,并記錄每個柵格內(nèi)擬合直線的斜率k;和截距Ip,Itp;為在y軸上的截距。其中q可以取5,σ可以取0.001。然后比較每個柵格擬合直線的截距，將|Ip;-Ipi+1|≤2的柵格內(nèi)部點云合并為一條邊線的點云，并上柵格內(nèi)部點云擬合直線在y軸上截距的閾值，其取值為min(wo.h?)。[0042]S63、將多條邊線的方程Y兩兩之間求解得到若干個交點坐標(xy,y),其中i為正整足的兩條直線不進行交點求解，其中為防止平行邊線求交點的斜率閾值，可以取值為2;S64、采用求解后的邊線交點坐標(x,y,)計算形心坐標(x;mY;m)下標m用于區(qū)分參小二乘擬合法擬合每一個第四切片的點云的形心點，得到橋墩軸線4x+By+Cz+E=0,A、B、C、E均為計算獲得的系數(shù)，x,y,z為橋墩軸線對應的坐標系在三個方向上的坐標值；從而基于該橋墩軸線實現(xiàn)垂直度檢測：[0045]S631A:以橋墩截面的點云的形心坐標為初始圓心坐標(x。,y.),式中下標c用于區(qū)分參數(shù)，計算初始圓心坐標到到三條邊線的距離d小、d?、d3,并以d?、d2、d?之間的方差ψ最小作為目標函數(shù)，其中如下式所示：[0047]不斷進行迭代，進而確定墩柱斷面的形心坐標(x1,y),下標1用于區(qū)分參數(shù)，以及當時所對應的內(nèi)切圓半徑R,且R?=(du+d?1+d31),其中dy、d?1、d?分別為迭代完成時圓心坐標(x,y)到三條邊的距離。將每一個第四切片的內(nèi)切圓圓心坐標作為該第四切片輪廓的形心坐標，擬合直線計算橋墩垂直度。[0048]可以理解的是，針對具有完整點云的矩形和正方形橋墩，提出了橋墩截面輪廓的計算方法，得到橋墩的4條邊線，然后采用兩兩之間求交點計算橋墩角點坐標。然后根據(jù)橋墩截面邊線之間的交點坐標的平均值計算截面形心坐標，最后采用最小二乘法擬合形心坐標得到軸線方程，最后計算軸線方程與豎直方向的夾角計算出橋墩垂直度。從而基于一根橋墩的全部切片通過擬合形心坐標得到軸線方程，并通過軸線方程與豎直方向之間的夾角來計算垂直度，使得結(jié)果具有更高的精度，并且相比于常規(guī)的采用底部和頂部的兩個形心坐標來計算垂直高度的方式能夠減小隨機誤差。[0049]在一些實施例中，對于具有點云缺失的矩形橋墩，在S63步驟以后進行S631B:首先，在理想狀態(tài)下的幾何模型下，設矩形截面兩條對角線的交點為A和B,以其為基準作矩形的外接圓，該圓的半徑為r%,圓心坐標為(x?,yo)。當該圓分別過矩形的第一邊線與矩形的第三邊線對應點云數(shù)據(jù)中Y軸方向的最小坐標點ymin時，可建立兩個外接圓方程，記為圓1與圓3方程。若此時滿足第一邊長度等于第三邊長度，即m=73時。則圓心坐標11離形心。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，若以外接圓必須通過A、B及第三邊線上某點C(且僅允許C在Y軸方向移動),則圓心坐標的偏移量僅體現(xiàn)在y軸方向。因此，將(xη,(n+y?3)/2)作為最終的矩形截面外接圓圓心坐標，即為實際矩形截面的形心坐標。最后，沿橋墩高度方向逐層提取截面形心坐