(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211127175.X (22)申请日 2022.09.16 (71)申请人 中冶南方工程 技术有限公司 地址 430223 湖北省武汉市东湖新 技术开 发区大学园路33号 (72)发明人 涂家琪　褚学征　龚宗宜　彭起　 张燎原　 (74)专利代理 机构 北京汇泽知识产权代理有限 公司 11228 专利代理师 吴静 (51)Int.Cl. G06T 17/10(2006.01) G06T 19/20(2011.01) G06T 5/00(2006.01) G06T 7/10(2017.01)G06T 7/33(2017.01) G06T 7/73(2017.01) (54)发明名称 一种基于激光点云的结构构件参数提取和 变形测量方法 (57)摘要 一种基于激光点云的结构构件参数提取和 变形测量方法， 包括： 激光点云数据采集； 激光点 云数据预处理； 激光点云数据与BIM模型整体校 准； 根据楼层轴网信息， 对激光点云数据进行分 割， 分层后的点云数据与楼层轴网配准； 从校准 后的各楼层点云模型中提取截面形式为矩形和 工字形的结构构件； 结构构 件截面几何参数提取 和优化； 结构构件倾斜度和弯曲度计算。 能够对 实际建成的结构体系的结构构件截面尺寸进行 校核， 检查是否存在没有存档的设计变更； 本发 明能够发现倾斜率和弯曲率异常的结构构件， 可 以基于以上这些对比结果， 对BIM模型进行修改， 使BIM模型能够反映结构体系目前的真实情况。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 115512067 A 2022.12.23 CN 115512067 A 1.一种基于 激光点云的结构 构件参数提取和变形测量方法， 其特 征在于， 包括： S100.采用激光扫描设备对目标结构体系进行全景覆盖式扫描， 得到目标结构体系的 点云数据； S200.对激光点云数据进行预处理， 剔除噪点和与结构构件无关的多余数据， 对点云数 据进行抽稀精简， 保证采样点云间距均匀； S300.对经过预处理的激光点云数据与BIM三维模型进行整体配准， 统一原点定位和坐 标； S400.对整体配准后的点云模型， 按楼层进行分割， 并与楼层轴网进行配准， 调整各层 点云模型的坐标； S500.从各层校准后的点云模型中提取属于结构构件的点云数据， 其中， 结构构件截面 形式包括矩形和工 字形； S600.对结构构件三维外轮廓平面进行拟合和截面几何边界进行拟合， 获取构件截面 几何参数； S700.根据获取的取构件 截面几何参数， 对结构 构件的倾 斜率和弯曲率进行计算。 2.如权利要求1所述的一种基于激光点云的结构构件参数提取和变形测量方法， 其特 征在于， S100中， 激光扫描设备采用地面型激光扫描系统， 扫描精度不低于1mm； 扫描 范围覆 盖目标结构体系的全部主体结构 构件及连接节点。 3.如权利要求1所述的一种基于激光点云的结构构件参数提取和变形测量方法， 其特 征在于， S200中， 通过欧式距离离群法， 对点云数据进行去噪处理， 剔除离散的干扰噪点； 通 过人工干预选择， 剔除包括人像和杂物在内的多余点云数据； 通过均匀 栅格法对点云数据 进行抽稀精简， 保证采样点云间距均匀， 点云间距不大于1m m。 4.如权利要求1所述的一种基于激光点云的结构构件参数提取和变形测量方法， 其特 征在于， S300中， 对经过预处理的激光点云数据与BIM三维模型进行整体配准， 包括： 根据 BIM模型的全局原 点和三维坐标方向， 调整实测激光点云数据的全局原 点和三维坐标方向， 计算每次调整后的实测激光点云数据与BIM模型的重合度， 按两个模型重合度最大时的坐 标变化参数赋予实测激光 点云新的三维坐标值。 5.如权利要求1所述的一种基于激光点云的结构构件参数提取和变形测量方法， 其特 征在于， S400中， 对整体配准后的点云模 型， 按楼层进行分割， 并与楼层轴网进 行配准， 调整 各层点云模型的坐标， 具体包括： 根据建筑各楼层的高程信息， 对点云数据进 行楼层高度方 向上的分割； 对分割后的楼层点云数据， 拾取主体框架柱的截面形心， 并将各框架柱的截面 形心连线， 通过框架 柱截面形心坐标和连线方向， 与楼层轴网进行 校准。 6.如权利要求1所述的一种基于激光点云的结构构件参数提取和变形测量方法， 其特 征在于， S500中， 从各层校准后的点云模 型中提取目标结构构件的点云数据， 包括： 对于BIM 模型中存在的结构构件， 根据BIM模 型中该结构构件的空间坐标和截面几何设计参数， 提取 该结构构件空间占位及周边一定范围内的点云数据； 通过对比BIM模 型和实测点云模型， 发 现BIM模型中不存在的新增结构构件， 对于该类新增结构构件， 直接在点云模型中进行框 选， 获取新增结构 构件的点云数据。 7.如权利要求1所述的一种基于激光点云的结构构件参数提取和变形测量方法， 其特 征在于， S600中， .对结构构件三维外轮廓平面进行拟合和截面几何边界进行拟合， 获取构权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115512067 A 2件截面几何参数， 具体包括： 通过RANSAC法， 进行结构构件三维外轮廓平面拟合， 确 定结构 构件准确的空间占位， 然后滤掉不属于该结构构件的点云数据； 将结构构件按轴向长度平 均分为多段， 截取各段截面， 通过RANSAC法， 进行构件截面的边界线条拟合， 测量构件的截 面几何设计参数， 通过多段测量结果， 计算截面几何设计参数的平均值和均方差； 其中， 对 于矩形截面， 几何设计参数包括矩形截面的长度和宽度； 对于工字形截面， 几何设计参数包 括翼缘及腹板的长度和厚度。 8.如权利要求7所述的一种基于激光点云的结构构件参数提取和变形测量方法， 其特 征在于， 单个平面拟合的具体步骤 包括： 从构件的点云数据集中随机选择不共线的3个种子点， 建立初始平面L0:α0x+β0y+γ0z+ δ0＝0； 计算构件的点 云数据集中除去该3个种子点的其余各点到该平面L0的距离； 当距离小于 给定距离阈值dε， 则将该点统计入该平面 L0的平面内点 集； 重复上述步骤n次， 每次比较当前平面内点集和前一平面内点集的点数， 保留点数更大 的平面； n次循环结束后， 根据平面内点集点数最大者的点云数据， 重新计算最优平面参数α、 β、 γ和 δ。 9.如权利要求7所述的一种基于激光点云的结构构件参数提取和变形测量方法， 其特 征在于， 单个构件 截面上的边界线条拟合具体步骤 包括： 从截面的点云数据集中随机 选择不共线的2个种子点， 建立初始直线l0:A0x+B0y+C0＝0； 计算截面的点 云数据集中除去该2个种子点的其余各点到该直线 l0的垂直距离； 当距离 小于给定距离阈值d∈， 则将该点统计入该直线l0的直线内点 集； 重复上述步骤m次， 每次比较当前直线内点集和前一直线内点集的点数， 保留点数更大 的直线； m次循环结束后， 根据直线内点集点数最大者的点云数据， 重新计算最优直线参数A0、 B0 和C0。 10.如权利要求1所述的一种基于激光点云的结构构件参数提取和变形测量方法， 其特 征在于， 计算提取的结构构件的倾斜率和弯曲率， 包括： 根据结构构件两端端面的形心 坐标 和构件长度， 计算结构构件在截面形心主轴两个方向上 的倾斜率； 根据结构构件一端截面 和跨中截面的形心坐标， 计算构件在截面形心主轴两个方向上的弯曲率。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115512067 A 3