三維激光檢測系統(tǒng)在房屋結(jié)構(gòu)安全鑒定檢測中的應(yīng)用分析

梁智峰

摘 要 本文以利用三維激光檢測系統(tǒng)獲取房屋指標(biāo)參數(shù)的掃描方法，對房屋構(gòu)件進(jìn)行鑒定檢測，并將鑒定檢測的房屋構(gòu)件的位置及其鑒定結(jié)果標(biāo)記在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中;導(dǎo)入CAD中生成房屋建筑圖，獲取房屋整體指標(biāo)的幾何參數(shù)。通過三維激光掃描檢測系統(tǒng)代替人工測量方式，提高檢測效率和檢測精度。

關(guān)鍵詞 三維激光檢測系統(tǒng);指標(biāo)參數(shù);鑒定檢測

引言

隨著我國城市建設(shè)的快速發(fā)展、既有房屋的保有量逐年增加，住房制度改革后的房屋產(chǎn)權(quán)多元化，老舊房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件、設(shè)備設(shè)施的老化加劇，房屋使用過程中的違規(guī)行為和遭受自然災(zāi)害或火災(zāi)等突發(fā)事故的侵襲等諸多因素導(dǎo)致社會大眾對房屋安全的重要性日益重視。但現(xiàn)階段房屋安全性鑒定工作使用的技術(shù)方法還相對比落后，檢測工作量大和人員成本高，本文將介紹一種通過利用三維激光檢測系統(tǒng)對被檢房屋進(jìn)行掃描，使用獲取房屋整體指標(biāo)的幾何參數(shù)進(jìn)行鑒定的新檢測方法來解決以上的問題。

1背景技術(shù)

目前，在結(jié)構(gòu)鑒定中，要收集建筑的勘察報(bào)告、施工和竣工驗(yàn)收的相關(guān)資料;當(dāng)資料不全時(shí)，應(yīng)根據(jù)鑒定需要進(jìn)行補(bǔ)充實(shí)測。在現(xiàn)場檢測建筑物結(jié)構(gòu)的情況時(shí)，使用手持式激光測距儀和鋼卷尺對主要軸網(wǎng)尺寸、各層凈高和構(gòu)件截面尺寸進(jìn)行測量。

但是，現(xiàn)有的測量方法存在以下缺陷：

（1）人工測量工作反復(fù)且誤差較大，數(shù)據(jù)后期處理煩瑣，效率低下，無法滿足建筑發(fā)展智能化的趨勢;

（2）采用傳統(tǒng)測量方法，大量的不確定信息和因素，與結(jié)構(gòu)的幾何特性和人為因素有關(guān)，檢測數(shù)據(jù)具有不確定性[1]。

2技術(shù)原理及操作程序

三維激光掃描技術(shù)利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量的密集的點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，可快速復(fù)建出被測目標(biāo)的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。檢測的過程是在房屋適當(dāng)位置架設(shè)站點(diǎn)，將掃描儀整平地設(shè)立在站點(diǎn)的固定腳架上;在掃描儀的周邊擺設(shè)反射標(biāo)靶，調(diào)整反射標(biāo)靶的靶心位置，讓其與掃描儀的光軸平行;對掃描儀的掃描參數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)置后啟動掃描儀對房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描;采集每個反射標(biāo)靶的高程坐標(biāo)，通過多個反射標(biāo)靶的高程坐標(biāo)進(jìn)行站點(diǎn)拼接，并對掃描儀的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為相匹配的工程坐標(biāo)系中形成點(diǎn)云數(shù)據(jù);對房屋構(gòu)件進(jìn)行鑒定檢測，并將鑒定檢測的房屋構(gòu)件的位置及其鑒定結(jié)果標(biāo)記在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中;導(dǎo)入CAD中生成房屋平面圖，獲取房屋整體指標(biāo)的幾何參數(shù)[2]。

3技術(shù)特點(diǎn)

（1）在設(shè)置反射標(biāo)靶時(shí)，掃描儀與反射標(biāo)靶之間距離5～10米，反射標(biāo)靶正對掃描儀，可通過反射標(biāo)靶的高程坐標(biāo)扭轉(zhuǎn)掃描儀的坐標(biāo)系，使之形成相匹配的工程坐標(biāo)系。另外，對于反射標(biāo)靶的數(shù)量宜設(shè)置為3～5個，反射標(biāo)靶的數(shù)量越多，轉(zhuǎn)換坐標(biāo)精度越高，標(biāo)靶正對儀器，用于轉(zhuǎn)換大地坐標(biāo)和站點(diǎn)拼接。此外，也可通過無標(biāo)靶的方式進(jìn)行站點(diǎn)拼接，無標(biāo)靶則依靠站點(diǎn)間掃描到的相同數(shù)據(jù)。

（2）三維激光掃描儀的參數(shù)可通過儀器主機(jī)或電腦上對掃描的分辨率、測程、顏色獲取及其掃描角度進(jìn)行設(shè)置。掃描角度默認(rèn)為水平角360°與垂直角60°～320°;分辨率為垂直與水平角的角度分辨率，可理解為單束激光之間的夾角角度，在不同半徑的點(diǎn)云密度值。不同的成果需求可設(shè)置不同的分辨率，點(diǎn)云的最高密度值可達(dá)零點(diǎn)幾個毫米;測程則為以儀器主機(jī)為中心的掃描半徑，測程可從1.5米至6000米不等;顏色獲取則是為掃描點(diǎn)云添加RGB色值，點(diǎn)云本身只具有反射率和振幅兩種基本顯示方式，有外置和內(nèi)置相機(jī)（數(shù)碼相機(jī)），就可以在掃描完成之后，拍攝全景照片，將其賦予在點(diǎn)云上，使點(diǎn)云數(shù)據(jù)更直觀[3]。

（3）采集每個反射標(biāo)靶的高程坐標(biāo)，通過多個反射標(biāo)靶的高程坐標(biāo)進(jìn)行站點(diǎn)拼接，并對掃描儀的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為相匹配的工程坐標(biāo)系中形成點(diǎn)云數(shù)據(jù);三維激光掃描儀對現(xiàn)場建筑物環(huán)境進(jìn)行掃描后，通過RTK或GPS技術(shù)獲取標(biāo)靶靶心的高程坐標(biāo)，通過標(biāo)靶扭轉(zhuǎn)掃描儀的坐標(biāo)系，使之匹配到工程坐標(biāo)系中。

（4）根據(jù)房屋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與現(xiàn)場檢測條件，對現(xiàn)場對建筑物損傷情況進(jìn)行檢測，根據(jù)現(xiàn)場檢測條件，對建筑物損傷情況進(jìn)行了全面檢測，建筑物墻面是否有細(xì)微裂縫和粉刷剝落、墻體開裂等現(xiàn)象。再將獲得的混凝土強(qiáng)度構(gòu)件信息、不均勻沉降信息、整體傾斜情況和建筑物損傷情況等數(shù)據(jù)均標(biāo)記在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中。

（5）點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAD軟件中生成結(jié)構(gòu)平面圖，獲取房屋整體指標(biāo)的幾何參數(shù)。通過Autodesk recap插件，將GB級容量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成KB級容量的RCS數(shù)據(jù)，導(dǎo)入CAD軟件進(jìn)行處理，在結(jié)構(gòu)平面圖生成后，如有建筑物原有建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙，將結(jié)構(gòu)平面圖結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙對結(jié)構(gòu)平面圖進(jìn)行軸線尺寸、樓層層高、主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸等信息的復(fù)核。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，該三維掃描檢測儀建立了建筑物二維平面圖，解決人工測量工作反復(fù)且誤差大的問題，同時(shí)可更好地與圖紙進(jìn)行復(fù)核，在無圖紙的條件下，利用三維掃描儀建立房屋的二維平面圖，更符合現(xiàn)場建筑物實(shí)際，能增加數(shù)據(jù)后期處理煩瑣、效率低下的問題。且建筑物不均勻沉降、整體傾斜情況和建筑物受損情況可進(jìn)一步直觀地反映在建筑物點(diǎn)云數(shù)據(jù)中及結(jié)構(gòu)平面圖中，更加全面的了解房屋整體指標(biāo)的幾何參數(shù)。

4技術(shù)局限性

由于激光都不具備穿透性，不免在復(fù)雜環(huán)境中會造成數(shù)據(jù)缺失。因此當(dāng)掃描后生成的建筑物現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)如有缺失，還需及時(shí)補(bǔ)充測量，以保證建筑物現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)的完整性，其中建筑物現(xiàn)場信息包括主要軸線尺寸、樓層層高、建筑分割、門窗、洞口位置、結(jié)構(gòu)布置、混凝土構(gòu)件截面尺寸等。即在數(shù)據(jù)缺失的建筑物區(qū)域重新擺設(shè)站點(diǎn)，利用三維激光掃描儀對該建筑物區(qū)域進(jìn)行重新掃描處理。所以當(dāng)掃描所生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中缺少建筑物現(xiàn)場信息的局部數(shù)據(jù)時(shí)，則在數(shù)據(jù)缺失的建筑物區(qū)域重新擺設(shè)站點(diǎn)，利用掃描儀對該建筑物區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充測量[4]。

5結(jié)束語

利用三維激光掃描儀對傳統(tǒng)實(shí)測實(shí)量改進(jìn)及采用國際先進(jìn)技術(shù)、儀器等手段極大提高測量的精準(zhǔn)度及數(shù)據(jù)應(yīng)用，具有增進(jìn)效率、提高質(zhì)量、電子存檔的主要特點(diǎn)，符合當(dāng)前結(jié)構(gòu)鑒定發(fā)展趨勢，并對于結(jié)構(gòu)鑒定行業(yè)鑒定質(zhì)量的提高具有極大的推廣研究性作用。

參考文獻(xiàn)

[1] JGJ8-2016.建筑變形測量規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.

[2] GB50292-2015.民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

[3] CH/T2009-2010.全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范[S].北京：北京測繪出版社，2010.

[4] CH/T1021-2010.高程控制測量成果質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)程[S].北京：北京測繪出版社，2011.