СПОСОБ ЛАЗЕРНОГО 3D СКАНИРОВАНИЯ ОПЕРАТИВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ДЕФОРМИРОВАННОСТИ СООРУЖЕНИЯ, ИМЕЮЩЕГО СЛОЖНУЮ КОНСТРУКТИВНУЮ ФОРМУ Российский патент 2015 года по МПК G01B11/00 G02B26/10 

Изобретение относится к эксплуатации и строительству зданий и сооружений и может быть использовано для проведения оперативного обследования зданий и сооружений, подвергшихся внутренним и/или внешним факторам, вызывающим их износ.

Наиболее близким по сущности к предлагаемому способу является способ лазерного 3D-сканирования, который обеспечивает выполнение измерений с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности объекта и регистрацию соответствующих направлений (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трехмерного изображения 3D-модели объекта, представляющей рой точек {X_i, Y_i, Z_i, i=1, n}.

Способ лазерного 3D-сканирования обеспечивает:

возможность определения пространственных координат точек объекта в полевых условиях;

трехмерную визуализацию в режиме реального времени исследуемого объекта;

неразрушающий метод получения информации;

высокую точность измерений;

безопасность исполнителя при съемке в труднодоступных и опасных районах, т.к. применяется принцип дистанционного получения информации;

высокую производительность выполнения работы, сокращает время полевых работ при создании цифровых моделей объектов;

возможность выполнения работ при любых условиях освещения, то есть днем и ночью, так как сканеры являются активными съемочными системами;

высокую степень детализации

[см. Середович В.А., Комиссаров А.В., Комиссаров Д.В., Широкова Т.А. и др. Наземное лазерное сканирование. Новосибирск, СГГА, 2009, 261 с. - прототип].

Данный способ не дает возможности определять степень деформированности конструкций сооружения, имеющего сложную конструктивную форму.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в расширении эксплуатационных возможностей способа лазерного 3D-сканирования для оперативного определения степени деформации сооружения, имеющего сложную конструктивную форму.

Поставленный технический результат достигается тем, что способ лазерного 3D-сканирования, включающий выполнение измерений с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, и регистрацию соответствующих направлений (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трехмерного изображения 3D-модели сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, представляющей рой точек {X_i, Y_i, Z_i, i=1, n}, для выявления деформаций по рою точек выполняется построение ряда горизонтальных и вертикальных сечений 3D-модели, строится карта отклонений и графики отклонений стены от идеальной стеновой вертикальной плоскости, по сформированной числовой карте отклонений выполняется построение карты изолиний, цветотоновой карты, графиков поверхности, теневой карты, при построении цветотоновых карт отклонений используется шкала раскраски впадин - от темно-синего до голубого, выпуклостей - от желтого до темно-коричневого, вертикальный масштаб графиков отклонений выбирается таким, чтобы наглядно представить микронеровности стены, а сечение карты изолиний отклонений выбирается в погрешности построения модели 3 мм, если сооружение имеет сложную форму с закруглениями, то в качестве поверхности, относительно которой изучается отклонение от вертикали, выбирается касательная к закруглению, вертикальная плоскость с азимутом 0°, при этом выявление дефектов строительства и начальной фазы деформационного процесса осуществляется по результатам сопоставления фактических отклонений и относительных изгибных деформаций с нормативными отклонениями и критическими значениями деформации сооружения, имеющего сложную конструктивную форму.

Перечень графических иллюстраций применения предлагаемого способа.

На фиг. 1 изображена исходная 3D-модель сооружения, имеющего сложную конструктивную форму (вид 1);

на фиг. 2 - исходная 3D-модель сооружения, имеющего сложную конструктивную форму (вид 2);

на фиг. 3 - исходная 3D-модель сооружения, имеющего сложную конструктивную форму (вид 3);

на фиг. 4 - отклонение стены от идеальной вертикальной плоскости.

Способ лазерного 3D-сканирования для оперативного определения степени деформированности сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, включает выполнение измерений с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности панельного сооружения и регистрацию соответствующих направлений (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трехмерного изображения 3D-модели сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, представляющей рой точек {X_i, Y_i, Z_i, i=1, n}, для выявления деформаций по рою точек выполняется построение ряда горизонтальных и вертикальных сечений 3D-модели, строится карта отклонений и графики отклонений стены от идеальной стеновой вертикальной плоскости, по сформированной числовой карте отклонений выполняется построение карты изолиний, цветотоновой карты, графиков поверхности, теневой карты, при построении цветотоновых карт отклонений используется шкала раскраски впадин - от темно-синего до голубого, выпуклостей - от желтого до темно-коричневого, вертикальный масштаб графиков отклонений выбирается таким, чтобы наглядно представить микронеровности стены, а сечение карты изолиний отклонений выбирается в погрешности построения модели 3 мм, если сооружение имеет сложную форму с закруглениями, то в качестве поверхности, относительно которой изучается отклонение от вертикали, выбирается касательная к закруглению, вертикальная плоскость с азимутом 0°, при этом выявление дефектов строительства и начальной фазы деформационного процесса осуществляется по результатам сопоставления фактических отклонений и относительных изгибных деформаций с нормативными отклонениями и критическими значениями деформации сооружения, имеющего сложную конструктивную форму.

Суть способа лазерного 3D-сканирования для оперативного определения степени деформации сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, заключается в следующем.

Сканирование сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, выполняется не менее чем с трех позиций, обеспечивающих полный обзор изучаемого объекта, для измерения с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, и регистрации соответствующих направлений (вертикальные и горизонтальные углы). Производится минимально по одному сканированию с каждой стороны сооружения, имеющего сложную конструктивную форму.

По проведенным измерениям формируется 3D-модель сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, представляющая рой точек {X_i, Y_i, Z_i. i=1, n} (фиг. 1, 2, 3). При сшивке сканов в единую модель достигается точность 3 мм.

По результатам отдельных сканирований с применением стандартных сферических отражателей или бумажных марок, или характерных угловых точек объекта выполняется следующее.

Для выявления деформаций по рою точек выполняется построение ряда горизонтальных и вертикальных сечений 3D-модели сооружения, имеющего сложную конструктивную форму.

Строится карта отклонений и графики отклонений стен от идеальной стеновой вертикальной плоскости. При этом используется априорно задаваемый допуск максимального отклонения и размер ячеек карты отклонения. В каждую ячейку матрицы карты отклонений заносится фактическое отклонение 3D-модели сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, от идеальной плоскости.

По сформированной числовой карте отклонений выполняется построение:

карты изолиний;

цветотоновой карты;

графиков поверхности;

теневой карты.

Поскольку объект имеет сложную форму с закруглениями, то в качестве поверхности, относительно которой изучается отклонение от вертикали, выбирается касательная к закруглению, вертикальная плоскость с азимутом 0°.

После чего необходимо изучить смещения и вычислить изгибные деформации.

Изучение 3D-модели сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, для выявления деформаций выполняется построением ряда горизонтальных и вертикальных сечений модели, а затем с учетом геометрических параметров и координат, определенных по этим сечениям, строится карта отклонений и графики отклонений торцевой стороны дома от идеальной вертикальной плоскости.

При построении цветотоновых карт отклонений используется шкала раскраски типа «атлас» (впадины - от темно-синего до голубого, выпуклости - от желтого до темно-коричневого). Вертикальный масштаб графиков отклонений выбирается таким, чтобы наглядно представить микронеровности стены. Сечение карты изолиний отклонений выбирается стандартно в погрешности построения модели 3 мм.

Проводится анализ графиков отклонений от идеальной вертикальной плоскости.

На фиг. 4 показано отклонение стены от идеальной вертикальной плоскости, где 1 - область карниза.

Применение способа лазерного 3D-сканирования для оперативного определения степени деформированности сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, позволяет эффективно и быстро выявлять количественные деформации различных элементов сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, и оценить их изгибные деформации.

Изобретение относится к эксплуатации и строительству зданий и сооружений и может быть использовано для проведения оперативного обследования зданий и сооружений, подвергшихся внутренним и/или внешним факторам, вызывающим их износ. Способ включает выполнение измерений с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, и регистрацию соответствующих направлений (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трехмерного изображения 3D-модели сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, представляющей рой точек {X_i, Y_i, Z_i, i=1, n}. Для выявления деформаций по рою точек выполняется построение ряда горизонтальных и вертикальных сечений 3D-модели, строится карта отклонений и графики отклонений стены от идеальной стеновой вертикальной плоскости, по сформированной числовой карте отклонений выполняется построение карты изолиний, цветотоновой карты, графиков поверхности, теневой карты, при построении цветотоновых карт отклонений используется шкала раскраски впадин - от темно-синего до голубого, выпуклостей - от желтого до темно-коричневого. Вертикальный масштаб графиков отклонений выбирается таким, чтобы наглядно представить микронеровности стены, а сечение карты изолиний отклонений выбирается в погрешности построения модели 3 мм. В случае если сооружение имеет сложную форму с закруглениями, то в качестве поверхности, относительно которой изучается отклонение от вертикали, выбирается касательная к закруглению, вертикальная плоскость с азимутом 0°. При этом выявление дефектов строительства и начальной фазы деформационного процесса осуществляется по результатам сопоставления фактических отклонений и относительных изгибных деформаций с нормативными отклонениями и критическими значениями деформации сооружения, имеющего сложную конструктивную форму. Технический результат заключается в расширении эксплуатационных возможностей способа для оперативного определения степени деформации сооружения, имеющего сложную конструктивную форму. 4 ил.

Способ лазерного 3D-сканирования для оперативного определения степени деформированности сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, включающий выполнение измерений с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, и регистрацию соответствующих направлений (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трехмерного изображения 3D-модели сооружения, имеющего сложную конструктивную форму, представляющей рой точек {X_j, Y_i, Z_j, i=1, n}, отличающийся тем, что для выявления деформаций по рою точек выполняется построение ряда горизонтальных и вертикальных сечений 3D-модели, строится карта отклонений и графики отклонений стены от идеальной стеновой вертикальной плоскости, по сформированной числовой карте отклонений выполняется построение карты изолиний, цветотоновой карты, графиков поверхности, теневой карты, при построении цветотоновых карт отклонений используется шкала раскраски впадин - от темно-синего до голубого, выпуклостей - от желтого до темно-коричневого, вертикальный масштаб графиков отклонений выбирается таким, чтобы наглядно представить микронеровности стены, а сечение карты изолиний отклонений выбирается в погрешности построения модели 3 мм, если сооружение имеет сложную форму с закруглениями, то в качестве поверхности, относительно которой изучается отклонение от вертикали, выбирается касательная к закруглению, вертикальная плоскость с азимутом 0°, при этом выявление дефектов строительства и начальной фазы деформационного процесса осуществляется по результатам сопоставления фактических отклонений и относительных изгибных деформаций с нормативными отклонениями и критическими значениями деформации сооружения, имеющего сложную конструктивную форму.