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原文传递基于三维点云模型的桥梁构件实景逆向建模关键技术与应用

论文题名：	基于三维点云模型的桥梁构件实景逆向建模关键技术与应用
关键词：	桥梁构件;激光扫描;逆向建模;三维点云模型
摘要：	21世纪以来，随着交通运输技术的飞速发展，交通量与日俱增，车辆载重显著提高，桥梁服役条件恶化，再加之桥梁“老龄化”、环境恶劣、材料劣化、施工缺陷等问题，大量处于运营阶段的桥梁病害问题突出，安全事故日益增多。为保障已建和新建桥梁的安全运营，对桥梁实际状态进行快速准确地检测与评估是十分重要的。同时，现有桥梁基本都只有设计时的图纸和模型，缺少完整准确的竣工模型和运营模型。这对后续桥梁的维修改造带来了一定的困难。目前运营状态的桥梁空间形态采集主要依赖人工观测方法和传统测量仪器。这些方法和仪器效率低、工作强度大，且其检测结果受检测人员的知识水平和主观判断影响较大，可靠性较低。近年来，桥梁检测评估与管养技术正在向工业化、信息化、智能化的趋势快速发展，三维激光扫描技术不仅突破了传统的单点测量方法，还可直接快速获取物体表面海量三维坐标数据，具有测量效率高、自动化程度高、检测人员工作强度低、数据量大、数据处理效率高等优点，相比传统测量技术更具有广阔的应用前景。由三维激光扫描仪采集所获三维点云数据能够将被测物体表面点坐标信息以三维点云模型的形式呈现，直观易读。因此，三维激光扫描技术可以快速获取桥梁结构空间形态信息，为基于桥梁实景的逆向建模提供保障。　　对于桥梁构件进行扫描直接获得的点云模型应用性有限，其本身往往存在有许多问题，且海量数据点对构件几何信息的离散程度很高。为了提升构件点云模型的应用性，需要对点云模型进行一系列的处理。本研究提出一种基于三维点云模型的桥梁构件实景逆向建模完整方法，并使用该方法对两个工程案例进行了逆向建模。首先，针对三维激光扫描仪获取的各种桥梁构件的点云模型进行了总结和分析，归纳了典型环境下桥梁构件三维点云中存在的问题；然后针对一些常见的问题提出了基于测站优化布置和基于扫描辅助道具的点云质量提升方法，同时对于点云中最常见的三种问题，针对高频噪声提出了基于邻近点空间关系的高频噪声点滤除算法，针对低频噪声提出了基于改进双边滤波的低频噪声平滑算法，针对局部缺失提出了基于Delaunay三角和曲率最小的点云完整性提升算法，显著提高了点云的质量。最后提出了一种基于桥梁构件骨架提取的逆向建模算法，将预处理完成的高质量点云生成能够反应桥梁真实空间状态的三维实体模型，并在两个工程实例中进行了验证。　　本文提出的一系列方法具有效率高、精度高等优点，可以应用在千万点级别的桥梁构件点云上，得到桥梁构件在扫描时的空间状态，对桥梁安全运营、维修、加固提供真实的依据。
作者：	徐浩文
专业：	土木工程;桥梁与隧道工程
导师：	熊文
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022