基于绝对激光跟踪的水电工程金属结构安装细节控制方法与流程

本发明属于绝对激光跟踪技术与基于采样点数据的金属结构安装细节控制交叉领域，具体涉及基于绝对激光跟踪技术的水电工程金属结构安装细节控制方法。

背景技术：

1、目前水电工程金属结构安装是通过布置监测点，人工采用全站仪、百分表等设备进行连续或定期的检测，并通过分析监测点坐标偏差以实现安装精度的分析与反馈控制。在该过程中，采样点数据的准确性和反馈的时效性对金属结构安装过程控制有至关重要的作用。然而，传统的机电金结安装过程管控手段仅能实现安装过程中关键参数的抽检，难以实现机电金结安装过程数据的快速、自动化智能感知与反馈控制，新兴的绝对激光跟踪技术可以解决该问题，通过采用绝对激光跟踪技术，能使精确调整闸门位置和角度，确保与上下游水利、水坝等结构的完美匹配，提高与启闭机的、控制系统的精确配合，实现水流精确控制。对于压力钢管，激光跟踪技术能保证其安装的连续性和稳定性，减少接头处的泄露风险。因此本发明结合绝对激光跟踪技术开展水电工程金属结构安装细节控制方法研究。

2、鉴于安装现场情况较为复杂，采样点数据的质量会受到人员移动、遮挡、仪器本身参数等多种因素的影响，传统人工检测方式难以在效率和自动化程度上取得令人满意的效果。绝对激光跟踪作为新兴的一项实景建模技术，在定位测绘的领域发展已相当成熟，很多学者针对绝对激光跟踪仪在工程领域应用和点云数据的自动提取与分析工作开展了相关研究。参考文献[1]通过十点标定法及多变量参数的调整，验证了激光跟踪技术能够完全适用于复杂构件的焊接要求；参考文献[2]提出了利用基于激光视觉跟踪扫描技术的狭窄街区建筑立面快速测绘方法，相对于传统全站仪法和传统地面架站三维激光扫描法，激光视觉跟踪扫描技术更加具有数据便携性高、完整性好、自动化程度高的特点。参考文献[3]采用激光测距仪获取机器人的相关位置信息，获取障碍物位置信息，采用扩展卡尔曼滤波算法对机器人移动路径进行跟踪操作，可以获得高精度的机器人移动路径跟踪结果，而且可以实时避障移动路径上的障碍物。参考文献[4]使用三维激光扫描技术监测隧道、桥梁等大型建筑物，并使用随机抽样一致性算法进行直线拟合，根据几何位置计算中轴线，实现隧道扫描点云横断面提取。参考文献[5]基于地面三维激光扫描数据，提出一种针对矩形窗户的边界提取算法，可以快速获取建筑立面丰富的细节信息，在数字城市三维精细化建模中有较大的应用优势。

3、综上所述，在水电金属结构安装过程中利用绝对激光跟踪仪实现高速探测、扫描和实时控制，可靠地完成在线引导装配和加工、点云数据采集等工作，再通过分析其点云数据，快速制定对现场安装的指导方案。

4、[1]激光跟踪技术在工程机械焊接中的应用研究[j].激光与红外,2023,53(05):699-705.[j].

5、[2]基于激光视觉跟踪扫描技术的街区建筑立面测绘方法[j].黑龙江工程学,2023,37(02):22-26+33.doi:10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2023.02.004.

6、[3]基于激光测距技术的机器人移动路径跟踪与实时避障[j].自动化与仪表,2023,38(03):30-34.doi:10.19557/j.cnki.1001-9944.2023.03.008.

7、[4]基于ransac算法的隧道点云横断面提取[j].测绘通报,2021(09):120-123.

8、[5]基于三维激光扫描数据的窗户边界提取方法[j]. 勘察科学技术(2):5.。

技术实现思路

1、针对当前金属结构安装细节控制的相关研究中，没有实现反馈过程的自动化和效率，发明旨在提出了基于绝对激光跟踪的水电工程金属结构安装细节控制方法，结合自标志点采集的原始安装数据转换成点云数据，进行模型分割，基于模型拟合待安装的水电工程机电，确定安装细节指导方案，根据安装细节指导方案实现安装细节调整。

2、本发明利用以下技术方案实现：

3、本发明提出了一种基于绝对激光跟踪的水电工程金属结构安装细节控制方法，该方法包括以下步骤：

4、利用激光跟踪从待安装部件采集标志点三维位置数据，获得原始安装数据；

5、远程读取所述原始安装数据，转换成点云数据并上传云端；

6、基于聚类算法对所述点云数据进行区域提取，根据所述区域进行模型分割以获得点云模型，所述点云模型包括点云平面模型和点云球形模型；

7、基于所述点云模型拟合待安装的水电工程机电，确定安装细节指导方案，根据安装细节指导方案实现安装细节调整。

8、进一步，确定安装细节指导方案进一步包括根据目标安装数据对机电安装的体型和位置进行仿真模拟以进行拟合并得到拟合结果，将所述拟合结果与原始安装数据进行比对，获得安装误差偏移。

9、进一步，点云平面模型的模型分割过程进一步包括以下步骤：

10、迭代开始，找到曲率最低的种子点作为初始种子点，种子点周围的临近点和种子点相比较，处于法线阈值内的点进行归类但不作种子点，将曲率差值小于阈值的点作为新种子点，直至完成聚类，得到点云平面模型。

11、进一步，所述点云球形模型的模型分割过程进一步包括以下步骤：

12、迭代开始，从剩余的点云数据中选择可以组成球体模型的元素，具体包括：在剩余点云空间中找到待处理点，用基于k近邻算法找到和待处理点距离最近的临近点，判断所述临近点到待处理点的距离，将距离小于阈值的临近点保存为类，在类里找到除待处理点之外的其余点，直至完成标靶球聚类，得到点云球体模型。

13、进一步，所述基于所述点云模型求解目标安装数据，根据目标安装数据进行拟合进一步包括：利用点云平面模型求解目标安装数据，若在范围内，则归类为内点，选出包含内点个数最多的点云平面模型作为最好的拟合结果。

14、进一步，其中，所述基于所述点云模型求解目标安装数据，根据目标安装数据进行拟合进一步包括：利用点云球形模型方程求解目标安装数据，选出包含内点最多的点云球形模型作为最好的拟合结果。

15、相较于现有技术，本发明能够达成以下有益技术效果：

16、1）本发明实现点云数据分析结合绝对激光跟踪技术建立起金属结构安装现场的点云数据模型，通过欧几里得聚类算法来分割点云模型，并根据标靶球球心坐标对机电金属结构进行仿真模拟，与规范要求及设计图纸比较，获取偏移量，从而在实际工程现场安装中快速准确地确定对安装细节的指导方案，提高安装过程的自动化和智能化水平，同时为金属结构安装细节的质量控制提供一种新思路和新方法。

17、2）实现安装指导方案确定过程的快速性和准确性，进一步提升水电工程金属结构细节的安装质量；

18、3）采用欧几里得聚类算法能更好地发现数据中的隐藏模式和规律，为决策制定提供有力支持。

1.一种基于绝对激光跟踪的水电工程金属结构安装细节控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于绝对激光跟踪的水电工程金属结构安装细节控制方法，其特征在于，确定安装细节指导方案进一步包括根据目标安装数据对机电安装的体型和位置进行仿真模拟以进行拟合并得到拟合结果，将所述拟合结果与原始安装数据进行比对，获得安装误差偏移。

3.根据权利要求1所述的基于绝对激光跟踪的水电工程金属结构安装细节控制方法，其特征在于，点云平面模型的模型分割过程进一步包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的基于绝对激光跟踪的水电工程金属结构安装细节控制方法，其特征在于，所述点云球形模型的模型分割过程进一步包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的基于绝对激光跟踪的水电工程金属结构安装细节控制方法，其特征在于，所述基于所述点云模型求解目标安装数据，根据目标安装数据进行拟合进一步包括：利用点云平面模型求解目标安装数据，若在范围内，则归类为内点，选出包含内点个数最多的点云平面模型作为最好的拟合结果。

6.根据权利要求1所述的基于绝对激光跟踪的水电工程金属结构安装细节控制方法，其特征在于，其中，所述基于所述点云模型求解目标安装数据，根据目标安装数据进行拟合进一步包括：利用点云球形模型方程求解目标安装数据，选出包含内点最多的点云球形模型作为最好的拟合结果。