基于实测点云的桥梁合龙段施工监控研究.pdfVIP

摘要

摘要

大跨桥梁施工监控是确保桥梁成桥安全、满足设计要求的重要措施。目前，桥梁施

工过程中桥塔和主梁线形测量、合龙监控主要使用全站仪、水准仪。随着现代桥梁向大

跨、高墩高塔的方向发展，对桥梁施工测量提出了越来越高的要求，传统测量的不足也

逐渐显现，如测量效率低，夜间测量风险高、大型节段高精度监控难度高。新兴的三维

激光扫描仪技术通过发射多束高速激光获取结构表面所有几何点云信息，具有测量效率

高、测量精度高及数字化程度高等独特优势，在桥梁施工监控领域具有较高的工程应用

价值。

本文主要开展了激光扫描技术在关键节段虚拟预拼装、桥梁几何线形测量等方面的

应用方法研究，包括基于圆孔边缘检测的螺栓连接构件虚拟预拼装、基于点云补全的大

跨桥合龙段虚拟预拼装、基于点云密度自适应扫描方法的桥梁线形测量三部分内容。具

体如下：

（1）针对虚拟拼装所要使用的方法进行研究，对实验室待安装的钢结构反力架进行

三维点云采集，反力架是通过螺栓进行连接的，针对该安装过程，设计了一个探究影响

螺栓板测量精度因素的实验，通过边缘检测和圆孔拟合算法实现螺栓孔的识别计算，与

设计半径对比得到精度的影响因素，并将算法应用到钢结构反力架的螺栓孔计算中，通

过计算间距的方式得到反力架所需要调整的位移，从而模拟虚拟预拼装。

2

（）针对桥梁合龙段的虚拟预拼装，由于存在扫描盲区，对扫描到的不完整断面进

行点云补全，提出两种对点云补全的方案，一是基于设计模型进行点云采样模拟扫描仪

获取点云的方式，通过对点云之间的配准，从而实现点云修补；二是在条件允许的时间

或者使用相同区域等实测点云对结构进行点云补全的方案。针对点云数据量较大且点云

之间重叠率较低情况下点云配准难问题，提出基于特征点进行点云粗配置与基于迭代最

近点相结合的方式进行点云配准，对于大型复杂结构有较好的适用性。最后对桥梁合龙

段的控制点进行计算，与全站仪数据进行对比验证，模拟拼装过程，对结构的安装有着

较好的指导意义。

3

（）针对激光扫描仪固定角分辨率扫描模式产生的点云“近密远疏”不均匀分布问

题，提出了基于几何同质分区和正交平面对识别的激光扫描仪自动位姿估计方法，建立

了点云密度自适应的分段式变角分辨率扫描方法，提升测量效率和点云质量，并应用于

一座大跨桥施工阶段主梁线形监测中。

关键词：三维激光扫描技术，点云配准，点云修复，虚拟预拼装，桥梁线形测量

I

Abstract

Abstract

Longspanbridgeconstructionmonitoringisanimportantmeasuretoensurethesafetyof

bridgecompletionandmeetthedesignrequirements.Atpresent,intheprocessofbridge

construction,thebridgetowerandmainbeamalignmentmeasurement,closingmonitoring

mainlyusetotalstation,level.Withthedevelopmentofmodernbridgetothedirectionoflong

span,highpierandhightower,moreandmorehighrequirementsareputforwardforbridge

constructionmeasurement,andthedeficienciesoftraditionalmeasurementaregradually

emerging,suchaslowmeasurementefficiency,highriskofnightmeasurement,andhigh

difficultyofhigh-precisionmonitoringoflargesegments.Theem