基于移动三维激光扫描的临时钢栈桥中贝雷梁布置间距检测方法及装置与流程

本发明涉及桥梁工程检测，具体为基于移动三维激光扫描的临时钢栈桥中贝雷梁布置间距检测方法及装置。

背景技术：

1、临时钢栈桥是基础设施建设、水上工程施工及应急抢险场景中关键的临时通行与承载支撑设施，其结构体系通常由贝雷梁、桥面板、钢管桩等构件按设计要求组合搭建而成。其中，贝雷梁作为主要的纵向受力构件，其布置方向、排列间距及相对空间位置直接决定了栈桥整体的受力分布与结构安全性能；若贝雷梁布置间距偏离设计要求或方向一致性偏差过大，易引发局部应力集中、结构变形超限等问题，进而带来安全隐患。

2、当前临时钢栈桥贝雷梁布置检测主要依赖人工卷尺测量与经验判断，存在检测效率低、人工主观误差大、难以覆盖栈桥全段结构的缺陷；采用全站仪等传统测量设备虽可获取部分点位的几何坐标，但测点离散且数据采集周期长，无法实现对大尺度钢栈桥贝雷梁整体布置状态的系统性、精细化评估。

3、随着移动三维激光扫描技术的发展，高密度三维点云数据可快速获取结构物的完整空间几何信息，为工程结构检测提供了新的技术途径。然而，现有基于点云的栈桥检测方法多侧重于整体结构形态重建与表面缺陷识别，缺乏针对贝雷梁这类细长型构件的自动实例化识别与布置间距量化评估方法，无法自动完成贝雷梁布置间距的合规性判定，难以满足临时钢栈桥快速验收与安全巡检的工程需求。

4、综上所述的问题，为此，我们提出基于移动三维激光扫描的临时钢栈桥中贝雷梁布置间距检测方法及装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于移动三维激光扫描的临时钢栈桥中贝雷梁布置间距检测方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供基于移动三维激光扫描的临时钢栈桥中贝雷梁布置间距检测方法及装置，包括以下步骤：

4、s1、利用搭载于移动平台的三维激光扫描设备对临时钢栈桥进行巡检扫描，获取覆盖栈桥整体结构的高密度三维点云数据；

5、s2、基于三维实例分割网络对所述三维点云数据进行结构解析，实现对钢栈桥关键构件的实例级识别与分割，所述关键构件至少包括贝雷梁、桥面板和钢管桩，并将每一根贝雷梁识别为独立实例，得到对应的贝雷梁实例点集；

6、s3、针对单根贝雷梁实例点集构建最小体积外包围盒，基于所述最小体积外包围盒的最短边法向特征确定对应贝雷梁的空间布置方向向量；

7、s4、计算各贝雷梁实例的包围盒中心位置，将所述包围盒中心位置沿布置方向向量进行投影得到标量位置参数，基于标量位置参数对所有贝雷梁实例排序并计算相邻贝雷梁的实际间隔；

8、s5、将贝雷梁的布置方向向量及相邻贝雷梁的实际间隔与预设设计规范参数进行比对，完成贝雷梁布置间距的合规性判定，输出不满足布置要求的贝雷梁实例及对应偏差量。

9、优选地，所述步骤s1中，所述移动平台包括无人机和/或无人船；当临时钢栈桥跨越水域时，采用搭载三维激光扫描设备的无人船沿栈桥延伸方向进行水面巡检扫描；当临时钢栈桥位于陆域或具备低空作业条件时，采用搭载三维激光扫描设备的无人机沿栈桥轴线进行巡航扫描。

10、优选地，所述步骤s2中，所述三维实例分割网络采用oneformer3d网络；对三维点云数据进行结构解析的过程为：

11、将三维点云数据输入预训练并经桥梁构件样本微调后的oneformer3d网络，通过点云特征提取与实例聚类输出每个点的构件类别标签与实例编号；

12、依据实例编号对属于贝雷梁类别的点云进行分组，每一组点云对应一根独立的贝雷梁实例，生成对应的贝雷梁实例点集，其中为第根贝雷梁实例点集包含的点云数量。

13、优选地，所述步骤s3中，基于最小体积外包围盒确定贝雷梁空间布置方向向量的过程为：

14、针对第根贝雷梁的实例点集，通过旋转搜索算法构建最小体积外包围盒，所述最小体积外包围盒三条互相正交的主边对应的边长分别为、、，且满足，其中为三个尺度中的最短边长，对应贝雷梁的厚度方向；

15、提取最小体积外包围盒三条边对应的单位正交轴向量、、，其中与最短边长对应；

16、将最短边对应的单位正交轴向量定义为第根贝雷梁的布置方向向量，以表征贝雷梁的空间布置方向。

17、优选地，所述步骤s4中，计算相邻贝雷梁实际间隔的过程为：

18、获取第根贝雷梁最小体积外包围盒在全局坐标系下的最小角点与最大角点，计算包围盒中心位置；

19、将包围盒中心位置沿对应贝雷梁的布置方向向量进行投影，得到标量位置参数；

20、按照标量位置参数的数值大小对所有贝雷梁实例进行升序排序，依次计算排序后相邻贝雷梁标量位置参数的差值，将所述差值作为相邻贝雷梁在布置方向上的实际间隔。

21、优选地，所述步骤s5中，合规性判定的具体过程为：

22、获取预设的设计规范参数，包括标准布置间距、允许偏差阈值以及方向偏差阈值；

23、计算所有贝雷梁布置方向向量之间的夹角，若任意两根贝雷梁的方向夹角超出方向偏差阈值，则判定对应贝雷梁布置方向不符合要求；

24、将相邻贝雷梁的实际间隔与标准布置间距进行差值计算，得到间距偏差量，若间距偏差量超出允许偏差阈值，则判定该组相邻贝雷梁布置间距不符合要求；

25、汇总所有不符合要求的贝雷梁实例编号、对应偏差量及位置信息，生成合规性检测报告。

26、第二方面，本发明提供基于移动三维激光扫描的临时钢栈桥中贝雷梁布置间距检测装置，包括：

27、点云数据获取模块，用于控制搭载于移动平台的三维激光扫描设备对临时钢栈桥进行巡检扫描，获取覆盖栈桥整体结构的高密度三维点云数据；

28、构件实例分割模块，用于基于三维实例分割网络对所述三维点云数据进行结构解析，实现对钢栈桥关键构件的实例级识别与分割，并将每一根贝雷梁识别为独立实例，得到对应的贝雷梁实例点集；

29、布置方向确定模块，用于针对单根贝雷梁实例点集构建最小体积外包围盒，基于所述最小体积外包围盒的最短边法向特征确定对应贝雷梁的空间布置方向向量；

30、间距参数计算模块，用于计算各贝雷梁实例的包围盒中心位置，将所述包围盒中心位置沿布置方向向量进行投影得到标量位置参数，基于标量位置参数对所有贝雷梁实例排序并计算相邻贝雷梁的实际间隔；

31、合规性判定模块，用于将贝雷梁的布置方向向量及相邻贝雷梁的实际间隔与预设设计规范参数进行比对，完成贝雷梁布置间距的合规性判定，输出不满足布置要求的贝雷梁实例及对应偏差量。

32、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

33、本发明采用移动平台搭载三维激光扫描设备快速获取栈桥全段点云数据，替代传统人工逐点测量方式，无需检测人员上桥作业，降低高空与水上检测的安全风险；单座栈桥的检测时长可从人工数天缩短至数小时，且数据覆盖完整无遗漏，适配大尺度临时钢栈桥的快速巡检与验收需求。

34、本发明通过三维实例分割网络实现贝雷梁的单根实例化分割，避免多构件点云混杂干扰；结合最小体积外包围盒提取贝雷梁的布置方向与中心位置，通过方向投影计算相邻间隔，可自动消除点云噪声与局部形变的干扰，间距检测精度满足工程验收的毫米级要求，有效规避人工测量的主观误差。

35、本发明支持无人机、无人船多种移动平台组合，可适配陆域、水域等不同环境下的临时钢栈桥检测；内置规范参数比对逻辑，可自动完成方向一致性与间距合规性的双重判定，直接输出问题构件位置与偏差量，检测结果可直接用于施工整改指导与安全评估，显著提升工程检测的智能化水平。