利用地面三维激光扫描进行桥梁挠度变形分析

doi:10.13474/j.cnki.11-2246.2022.0148

测绘通报 ›› 2022, Vol. 0 ›› Issue (5): 95-100.doi: 10.13474/j.cnki.11-2246.2022.0148

利用地面三维激光扫描进行桥梁挠度变形分析

赵立都¹, 向中富¹, 周银¹, 马下平², 张双成³, 司梦元¹, 陈茂霖¹, 胡川¹, 潘建平¹

1. 重庆交通大学土木工程学院, 重庆 400074;
2. 西安科技大学测绘科学与技术学院, 陕西西安 710054;
3. 长安大学地质工程与测绘学院, 陕西西安 710054

收稿日期:2021-05-10 发布日期:2022-06-08
作者简介:赵立都(1991-),男,博士生,主要研究方向为点云数据处理、桥梁健康监测。E-mail:compassgps@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(42074041;41904171;41801394);重庆市自然科学基金(cstc2019jcyj-msxmX0370);重庆市教委科学技术研究计划项目(KJQN201900729);重庆交通大学高等教育教学改革研究项目(190380);中铁隧道局集团2021年度科技创新计划(隧研合2021-16);中铁隧道局集团2022年度科技创新计划

Analysis of bridge deflection deformation based on ground three-dimensional laser scanning

ZHAO Lidu¹, XIANG Zhongfu¹, ZHOU Yin¹, MA Xiaping², ZHANG Shuangcheng³, SI Mengyuan¹, CHEN Maolin¹, HU Chuan¹, PAN Jianping¹

1. School of Civil Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China;
2. College of Geomatics, Xi'an University of Science and Technology, Xi'an 710054, China;
3. College of Geological Engineering and Geomatics, Chang'an University, Xi'an 710054, China

Received:2021-05-10 Published:2022-06-08

摘要/Abstract

摘要： 针对常规桥梁挠度变形分析方法仅能获取有限数量离散监测点的几何变形,且存在自动化程度低、效率低、局限性大的问题,本文提出了一种基于点云数据的桥梁挠度变形分析方法。首先通过地面三维激光扫描仪获取桥梁变形体上的点云数据,经过精确配准,获取可靠点云数据。然后利用滑动窗口法得到桥梁线形,并通过两期线形叠差分析得到桥梁挠度变化。最后以跨度40 m+65 m+40 m的连续钢构桥实体工程为试验对象,利用本文方法发现该桥梁存在最小值为8 mm、跨中最大值为17.5 mm、平均值为14.9 mm的挠度变形。结果表明,该方法理论严密、计算效率高、简单实用。研究结果对三维激光扫描技术在变形监测领域的深度应用有重要借鉴意义。

关键词: 桥梁健康监测, 挠度, 地面三维激光扫描, 点云, 滑动窗口

Abstract: Traditional methods of bridge deformation monitoring usually depend on deformation data of several independent points, which has the problems of low automation degree, low efficiency and limitations. In this article, an accurate method for bridge deflection is proposed. This method accurately registers the point cloud data of the bridge obtained by the ground 3D laser scanner. On the basis of obtaining reliable point cloud data, the bridge alignment is obtained by using the sliding window method, and the deflection of the bridge are obtained by using the difference analysis of two periods of data. Taking a continuous rigid frame bridge with a span of (40 m+65 m+40 m) as the experimental object, it is found that there are deflection deformations with a minimum value of 8 mm, a maximum value of 17.5 mm and an average value of 14.9 mm. Results prove that the method is simple and practical, with strict theory, high computational efficiency. It has important reference significance for the deep application of 3D laser scanning technology in the field of deformation monitoring.

Key words: bridge health monitoring, deflection, ground three-dimensional laser scanning, point cloud, sliding window

中图分类号:

P258

赵立都, 向中富, 周银, 马下平, 张双成, 司梦元, 陈茂霖, 胡川, 潘建平. 利用地面三维激光扫描进行桥梁挠度变形分析[J]. 测绘通报, 2022, 0(5): 95-100.

ZHAO Lidu, XIANG Zhongfu, ZHOU Yin, MA Xiaping, ZHANG Shuangcheng, SI Mengyuan, CHEN Maolin, HU Chuan, PAN Jianping. Analysis of bridge deflection deformation based on ground three-dimensional laser scanning[J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2022, 0(5): 95-100.

参考文献

[1] 秦权.桥梁结构的健康监测[J].中国公路学报,2000,13(2):40-45.
[2] KAMMER D C, YAO L. Enhancement of on-orbit modal identification of large space structures through sensor placement[J]. Journal of Sound and Vibration, 1994, 171(1):119-139.
[3] 孙利民,尚志强,夏烨.大数据背景下的桥梁结构健康监测研究现状与展望[J].中国公路学报, 2019, 32(11):1-20.
[4] 陈锐.基于D-S证据理论和桥梁挠度的结构状态分析研究[D].广州:广州大学, 2020.
[5] 高博,柏智会,宋宇博.基于自适应引力算法的桥梁监测传感器优化布置[J].振动与冲击,2021,40(6):86-92.
[6] 勾红叶,冉智文,蒲黔辉,等.高速铁路桥梁竖向变形与轨面几何形态的通用映射解析模型研究[J].工程力学, 2019, 36(6):227-238.
[7] 涂伟,李清泉,高文武,等.基于机器视觉的桥梁挠度实时精密测量方法[J].测绘地理信息, 2020, 45(6):80-87.
[8] 于承新,张国建,赵永谦,等.基于数字测量技术的桥梁监测及预警系统[J].山东大学学报(工学版), 2020, 50(1):115-122.
[9] MOHAMMADI M, RASHIDI M, MOUSAVI V, et al. Quality evaluation of digital twins generated based on UAV photogrammetry and TLS:bridge case study[J]. Remote Sensing, 2021, 13(17):3499.
[10] 向小菊,侯旭,周志祥,等.大跨度桥梁变形三维激光扫描结果与有限元模拟对比分析[J].公路工程,2019,44(2):103-108.
[11] 赵立都,陈波,刘国强,等.基于地面三维激光扫描的高速公路沉陷量自动提取与分析研究[J].重庆交通大学学报(自然科学版), 2020, 39(8):14-19.
[12] ZHAO D, WANG Y. Research on 3D finite element simulation model of aluminium beam with lamination defects based on 2D Fourier transform[J]. International Journal of Critical Infrastructures, 2022, 18(1):1-13.
[13] 徐进军,郭鑫伟,廖骅,等.基于地面三维激光扫描的桥梁挠度变形测量[J].大地测量与地球动力学, 2017, 37(6):609-613.
[14] 周志祥,姜腾蛟,唐亮,等.移动式三维激光扫描系统在桥面全息变形监测的应用研究[J].应用基础与工程科学学报, 2018, 26(5):1078-1091.
[15] 汪霖,郭佳琛,张璞,等.基于改进ICP算法的三维点云刚体配准方法[J].西北大学学报(自然科学版), 2021, 51(2):183-190.
[16] YANG Y, FAN D D, DU S Y, et al. Point set registration with similarity and affine transformations based on bidirectional KMPE loss[J]. IEEE Transactions on Cybernetics, 2021, 51(3):1678-1689.
[17] CHEN Maolin, LIU Xiangjiang, ZHANG Xinyi, et al. Building extraction from terrestrial laser scanning data with density of projected points on polar grid and adaptive threshold[J]. Remote Sensing, 2021, 13(21):4392.
[18] 刘卫南,谢谟文.基于点云密度特征的滑坡位移监测方法[J].岩土力学, 2020, 41(11):3748-3756.
[19] 许章平,栾元重,刘中华,等.混沌理论支持下的桥梁变形监测研究[J].测绘通报, 2019(6):41-46.
[20] TRUONG-HONG L, LINDENBERGH R. Automatically extracting surfaces of reinforced concrete bridges from terrestrial laser scanning point clouds[J]. Automation in Construction, 2022, 135:104127.

利用地面三维激光扫描进行桥梁挠度变形分析

Analysis of bridge deflection deformation based on ground three-dimensional laser scanning

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[1]	王艳军, 林云浩, 王书涵, 李少春, 王孟杰. OSM辅助车载LiDAR点云三维道路边界精细提取[J]. 测绘通报, 2022, 0(7): 18-25.
[2]	经皓然, 徐敬海. 异形建筑的无人机点云与地面三维激光扫描点云配准[J]. 测绘通报, 2022, 0(6): 32-39.
[3]	钟少忠, 周克军, 王留召, 毛明楷. 车载点云特征对应影像自动分割技术研究[J]. 测绘通报, 2022, 0(6): 45-48 ,97.
[4]	谢洪, 陈立波, 聂倩, 吴玮, 张沛. 利用点云配准的空地影像融合技术[J]. 测绘通报, 2022, 0(6): 82-87.
[5]	谢元, 董梦, 马新建. 多源数据在复杂场景建筑物三维重建的应用[J]. 测绘通报, 2022, 0(6): 143-147.
[6]	李旭. 三维激光扫描技术在地铁隧道竣工测量中的应用[J]. 测绘通报, 2022, 0(6): 166-169.
[7]	谭玉慧, 刘欣怡, 张永军. 超体素约束下的主动再学习LiDAR点云分类框架[J]. 测绘通报, 2022, 0(5): 79-83,100.
[8]	王道杰, 陈倍, 孙健辉. 机载LiDAR点云密度对DEM精度的影响[J]. 测绘通报, 2022, 0(5): 140-144,169.
[9]	徐福斌, 曲相屹, 王健, 刘秀涵. 基于LiDAR点云的复杂钢结构模型重建[J]. 测绘通报, 2022, 0(5): 170-173.
[10]	阮明浩, 卢永华, 刘玉贤, 汤圣君, 王伟玺, 张宇琦, 李游. 激光与倾斜点云精确配准与无缝融合[J]. 测绘通报, 2022, 0(4): 6-10.
[11]	张驰, 白志辉, 李亮, 陈冉丽, 吴侃. 利用三维激光扫描技术监测矿区桥梁结构形变[J]. 测绘通报, 2022, 0(4): 122-129.
[12]	许志华, 逯行政, 彭远航, 杨可明, 王宇敏. 依托航空模拟平台的激光雷达技术课程实践教学装备[J]. 测绘通报, 2022, 0(4): 162-166.
[13]	王贝, 叶险峰, 王军宁. 利用点云切片提取技术分析桥梁形变[J]. 测绘通报, 2022, 0(4): 167-171.
[14]	普东东, 丁海勇. 融合超体素与成对链接聚类的LiDAR点云分割算法[J]. 测绘通报, 2022, 0(3): 65-69.
[15]	李少先. 利用双向布料模拟的机载建筑物点云提取[J]. 测绘通报, 2022, 0(3): 148-151.