基于数字孪生的曲线钢箱梁吊装对位控制系统及方法与流程

本发明涉及数字孪生领域，更具体地说，它涉及基于数字孪生的曲线钢箱梁吊装对位控制系统及方法。

背景技术：

1、曲线钢箱梁节段在吊装阶段通常由起重设备、吊索系统和临时支承共同约束，施工人员需要根据设计姿态、拼接端面状态及周边作业空间持续调整梁段位置。现有作业多采用全站仪、激光扫描仪、摄影测量设备或多类传感器获取空间数据，再将测量结果与设计模型进行比对。此类方式能够提供梁段位置参考，但测量点受设备站位、吊索遮挡、构件反光和扫描视角影响，容易出现局部缺失、点密度不均及内外弧覆盖不对称。

2、现有点云对位方法常将梁段视为刚体，并对整段点云执行统一配准。曲线钢箱梁处于悬吊状态时，自重、吊点受力差异、风荷载和温度变化会引起沿梁长分布的弯曲、扭转及截面翘曲。整体配准会将部分弹性变形吸收到平移量和转动量中，也可能把真实的整体姿态偏差保留在局部残差内。曲线构件各截面的空间方向随梁长变化，若局部测量结果未在一致坐标基准下进行比较，曲率造成的坐标方向变化还会与构件运动及弹性变形相互混合。

3、现有吊装调整还需要同时满足拼接端面贴合、周边障碍物净空和起重设备单次可控运动范围。仅以点云整体距离最小为目标时，所得调整量可能使端面局部贴合不足，或者在移动过程中接近临时支架、吊索及相邻结构。现场通常需要反复测量和人工修正，计算结果对遮挡点、离群点及局部变形较为敏感。因此，需要一种能够在测量数据不完整和梁体存在分布变形的条件下，区分整体姿态成分与局部变形成分，并输出满足接口与作业空间约束的吊装对位结果的技术方案。

技术实现思路

1、本发明提供基于数字孪生的曲线钢箱梁吊装对位控制系统及方法，解决上述背景技术中的技术问题。

2、本发明提供了基于数字孪生的曲线钢箱梁吊装对位控制系统，包括：

3、局部模型构建模块，用于从数字孪生模型提取设计中心线、目标拼接界面和净空包络，沿设计中心线建立局部坐标架，将数字孪生模型和实测点云划分为模型点集和实测点集，从实测点云提取界面点集；

4、局部配准模块，用于对各模型点集和实测点集执行鲁棒点面配准，获得局部配准变换及局部配准可信系数；

5、旋量输运模块，用于依据特征长度将局部配准变换转换为局部旋量，并依据局部坐标架将局部旋量转换为参考坐标架内的输运旋量；

6、形变归属模块，用于依据局部配准可信系数计算输运旋量的加权共同旋量和输运偏差向量，并依据输运偏差向量的弧长变化计算弧长输运形变归属系数；

7、候选位姿模块，用于依据局部配准可信系数和弧长输运形变归属系数对输运旋量执行鲁棒估计，获得去形变共同旋量并生成候选对位变换；

8、位姿投影模块，用于依据目标拼接界面、界面点集、净空包络、单步允许位姿边界及候选对位变换执行约束优化，获得对位变换矩阵。

9、本发明提供了基于数字孪生的曲线钢箱梁吊装对位控制方法，包括以下步骤：

10、步骤s1，从数字孪生模型提取设计中心线、目标拼接界面和净空包络，沿设计中心线建立局部坐标架，将数字孪生模型和实测点云划分为模型点集和实测点集，从实测点云提取界面点集；

11、步骤s2，对各模型点集和实测点集执行鲁棒点面配准，获得局部配准变换及局部配准可信系数；

12、步骤s3，依据特征长度将局部配准变换转换为局部旋量，并依据局部坐标架将局部旋量转换为参考坐标架内的输运旋量；

13、步骤s4，依据局部配准可信系数计算输运旋量的加权共同旋量和输运偏差向量，并依据输运偏差向量的弧长变化计算弧长输运形变归属系数；

14、步骤s5，依据局部配准可信系数和弧长输运形变归属系数对输运旋量执行鲁棒估计，获得去形变共同旋量并生成候选对位变换；

15、步骤s6，依据目标拼接界面、界面点集、净空包络、单步允许位姿边界及候选对位变换执行约束优化，获得对位变换矩阵。

16、本发明的有益效果在于：本发明将曲线钢箱梁沿设计中心线组织为相互重叠的局部区段，在连续局部坐标架内获得局部配准结果，并把局部运动量转换到参考坐标架后比较，使曲率引起的坐标方向变化不再与区段运动差异混合。局部配准可信系数限制遮挡点、离群点和低覆盖区段的影响，弧长输运形变归属系数利用偏差能量及其沿弧长的连续性降低分布弯扭变形对共同位姿的贡献。最终对位结果在目标拼接界面贴合、净空包络和单步允许位姿边界共同约束下生成，能够针对整体配准易受悬吊变形污染、局部数据质量不均及调整量缺少空间可行性约束的问题，输出具有明确几何含义和工程执行边界的对位变换矩阵，从而提升曲线钢箱梁吊装对位精度与施工效率。

1.基于数字孪生的曲线钢箱梁吊装对位控制系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的曲线钢箱梁吊装对位控制系统，其特征在于，所述局部模型构建模块用于从数字孪生模型提取设计中心线并沿设计中心线建立局部坐标架，包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的曲线钢箱梁吊装对位控制系统，其特征在于，所述局部模型构建模块用于划分模型点集和实测点集，并提取目标拼接界面、净空包络和界面点集，包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的曲线钢箱梁吊装对位控制系统，其特征在于，所述局部配准模块用于对各模型点集和实测点集执行鲁棒点面配准，包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的基于数字孪生的曲线钢箱梁吊装对位控制系统，其特征在于，所述局部配准模块用于获得局部配准可信系数，包括以下步骤：

6.根据权利要求1所述的基于数字孪生的曲线钢箱梁吊装对位控制系统，其特征在于，所述旋量输运模块包括以下步骤：

7.根据权利要求1所述的基于数字孪生的曲线钢箱梁吊装对位控制系统，其特征在于，所述形变归属模块包括以下步骤：

8.根据权利要求1所述的基于数字孪生的曲线钢箱梁吊装对位控制系统，其特征在于，所述候选位姿模块包括以下步骤：

9.根据权利要求1所述的基于数字孪生的曲线钢箱梁吊装对位控制系统，其特征在于，所述位姿投影模块包括以下步骤：

10.基于数字孪生的曲线钢箱梁吊装对位控制方法，其特征在于，执行如权利要求1到9任一项所述的基于数字孪生的曲线钢箱梁吊装对位控制系统，包括以下步骤：