本發(fā)明涉及建筑施工誤差檢測(cè)，特別是一種基于三維激光掃描的建筑施工誤差檢測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，三維激光掃描技術(shù)作為一種先進(jìn)的非接觸式測(cè)量手段，在土木工程、建筑設(shè)計(jì)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。該技術(shù)能夠快速獲取物體表面的三維坐標(biāo)信息，生成高精度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，為建筑施工提供了詳盡的空間信息。近年來，隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算能力的增強(qiáng)，三維激光掃描技術(shù)不僅在掃描速度上有了顯著提高，而且在數(shù)據(jù)處理算法方面也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。這些技術(shù)進(jìn)步使得三維激光掃描成為一種重要的工具，可以應(yīng)用于建筑施工誤差檢測(cè)、變形監(jiān)測(cè)等多個(gè)場(chǎng)景中。

2、然而，盡管三維激光掃描技術(shù)已經(jīng)在一定程度上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化，但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些挑戰(zhàn)。例如，如何高效地處理海量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，如何準(zhǔn)確地構(gòu)建三維模型并與施工標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行對(duì)比，以及如何有效地識(shí)別施工缺陷等問題仍然亟待解決。此外，傳統(tǒng)的建筑施工誤差檢測(cè)方法往往依賴人工檢查，這種方法不僅耗時(shí)耗力，而且容易出現(xiàn)人為疏漏，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果的可靠性受限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明提供了一種基于三維激光掃描的建筑施工誤差檢測(cè)方法及系統(tǒng)，解決數(shù)據(jù)處理效率低、缺陷識(shí)別不準(zhǔn)確、缺陷評(píng)估不全面以及修復(fù)方案制定不夠科學(xué)的問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于三維激光掃描的建筑施工誤差檢測(cè)方法，包括：部署三維激光掃描設(shè)備收集建筑結(jié)構(gòu)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；基于預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)的第一三維模型，將第一三維模型與施工標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行對(duì)比分析，識(shí)別潛在施工誤差點(diǎn)；基于潛在施工誤差點(diǎn)構(gòu)建三維缺陷識(shí)別模型，識(shí)別施工缺陷并生成施工缺陷報(bào)告；將施工缺陷報(bào)告?zhèn)鬏斨潦┕す芾砥脚_(tái)，施工管理平臺(tái)根據(jù)施工缺陷報(bào)告規(guī)劃修正方案并執(zhí)行；執(zhí)行完成施工缺陷修正后，掃描修正后的建筑結(jié)構(gòu)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建修正后的建筑結(jié)構(gòu)的第二三維模型，將第二三維模型與施工標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行二次對(duì)比，驗(yàn)證修正效果。

5、作為本發(fā)明所述基于三維激光掃描的建筑施工誤差檢測(cè)方法的一種優(yōu)選方案，所述部署三維激光掃描設(shè)備收集建筑結(jié)構(gòu)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理包括：

6、部署高性能傳感器的三維激光掃描儀；

7、使用三維激光掃描儀對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位掃描，獲取包含x、y、z坐標(biāo)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及反射率；

8、將點(diǎn)云數(shù)據(jù)傳輸至中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；

9、使用離群點(diǎn)檢測(cè)算法，識(shí)別并刪除偏離設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)分布的點(diǎn)；

10、對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行中值濾波處理，保留中位數(shù)預(yù)設(shè)鄰域范圍內(nèi)的點(diǎn)，去除極端值；

11、利用pcl將預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式。

12、作為本發(fā)明所述基于三維激光掃描的建筑施工誤差檢測(cè)方法的一種優(yōu)選方案，所述基于預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)的第一三維模型，將第一三維模型與施工標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行對(duì)比分析，識(shí)別潛在施工誤差點(diǎn)包括：

13、將預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入cloudcompare，利用點(diǎn)云聚類算法提取建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵特征，使用曲面擬合算法構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)的第一三維模型；

14、從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取基于設(shè)計(jì)圖紙和施工規(guī)范的施工標(biāo)準(zhǔn)模型；

15、使用最小二乘法算法，計(jì)算第一三維模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)中各點(diǎn)坐標(biāo)與施工標(biāo)準(zhǔn)模型中對(duì)應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)之間的偏差，表達(dá)式為：；其中，n表示點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的總點(diǎn)數(shù)，表示點(diǎn)云數(shù)據(jù)中所有點(diǎn)偏差的平均標(biāo)準(zhǔn)差，表示第i個(gè)點(diǎn)與施工標(biāo)準(zhǔn)模型中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的歐幾里得距離，q表示偏差量化指標(biāo)；

16、基于施工規(guī)范定義偏差量化界限閾值，根據(jù)偏差量化指標(biāo)與偏差量化界限閾值的比較結(jié)果，識(shí)別出偏差較大的潛在誤差點(diǎn)；

17、當(dāng)時(shí)，則認(rèn)為當(dāng)前區(qū)域存在潛在施工誤差點(diǎn)；

18、當(dāng)時(shí)，則認(rèn)為當(dāng)前區(qū)域符合施工標(biāo)準(zhǔn)，不存在潛在誤差點(diǎn)；

19、將識(shí)別出偏差超過偏差量化界限閾值的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，標(biāo)記為潛在施工誤差點(diǎn)。

20、作為本發(fā)明所述基于三維激光掃描的建筑施工誤差檢測(cè)方法的一種優(yōu)選方案，所述基于潛在施工誤差點(diǎn)構(gòu)建三維缺陷識(shí)別模型包括：

21、基于歷史建筑缺陷數(shù)據(jù)集，使用cnn作為基礎(chǔ)架構(gòu)，構(gòu)建初始三維缺陷識(shí)別模型；

22、定義損失函數(shù)來衡量模型預(yù)測(cè)與實(shí)際標(biāo)簽之間的差距，使用交叉熵?fù)p失函數(shù)來衡量分類任務(wù)的性能；

23、根據(jù)損失函數(shù)的梯度更新模型參數(shù)；

24、將潛在誤差點(diǎn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)輸入更新后的三維缺陷識(shí)別模型，識(shí)別各種缺陷類型的概率，表達(dá)式為：；

25、其中，表示第種缺陷類型的概率，表示第種缺陷對(duì)應(yīng)的分類得分，k表示缺陷類別總數(shù)；

26、基于缺陷類型概率，構(gòu)建嚴(yán)重程度評(píng)估函數(shù)，評(píng)估缺陷嚴(yán)重程度，表達(dá)式為：

27、；其中，是綜合了點(diǎn)云數(shù)據(jù)中各點(diǎn)的距離、紋理、形狀和上下文特征的綜合特征向量，表示缺陷嚴(yán)重程度。

28、作為本發(fā)明所述基于三維激光掃描的建筑施工誤差檢測(cè)方法的一種優(yōu)選方案，所述識(shí)別施工缺陷并生成施工缺陷報(bào)告包括：

29、基于建筑施工的安全性要求定義缺陷修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)閾值，將缺陷嚴(yán)重程度與缺陷修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)閾值進(jìn)行比較，識(shí)別出需要修正的缺陷點(diǎn)；

30、當(dāng)時(shí)，則認(rèn)為該缺陷點(diǎn)的嚴(yán)重程度超出正常范圍，需要進(jìn)行修正；

31、當(dāng)時(shí)，則認(rèn)為該缺陷點(diǎn)的嚴(yán)重程度處于正常范圍，不需要進(jìn)行修正；

32、將缺陷類型的概率、缺陷點(diǎn)位置和識(shí)別出需要修正的缺陷點(diǎn)信息匯總成施工缺陷報(bào)告。

33、作為本發(fā)明所述基于三維激光掃描的建筑施工誤差檢測(cè)方法的一種優(yōu)選方案，所述將施工缺陷報(bào)告?zhèn)鬏斨潦┕す芾砥脚_(tái)，施工管理平臺(tái)根據(jù)施工缺陷報(bào)告規(guī)劃修正方案并執(zhí)行包括：

34、將施工缺陷報(bào)告?zhèn)鬏斨潦┕す芾砥脚_(tái)，使用加密協(xié)議確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕?/p>

35、施工管理平臺(tái)基于施工缺陷報(bào)告中的內(nèi)容，使用決策樹生成初步修正方案；

36、通過遺傳算法對(duì)生成的初步修正方案進(jìn)行優(yōu)化；

37、基于修正成本、缺陷嚴(yán)重程度和預(yù)計(jì)修正時(shí)間，采用如下缺陷修正方案評(píng)估函數(shù)，對(duì)優(yōu)化后的修正方案進(jìn)行評(píng)估，表達(dá)式為：；

38、其中，表示修正方案的適宜性，表示修正成本，表示預(yù)計(jì)修正時(shí)間，是成本的重要性系數(shù)，是嚴(yán)重程度的重要性系數(shù)，是修正時(shí)間的重要性系數(shù)；

39、根據(jù)適宜性選定最佳缺陷修正方案，并生成關(guān)于最佳缺陷修正方案的修正指令，將修正指令發(fā)送給施工人員的移動(dòng)終端，其中，修正指令用于指示施工人員根據(jù)修正指令執(zhí)行最佳缺陷修正方案。

40、作為本發(fā)明所述基于三維激光掃描的建筑施工誤差檢測(cè)方法的一種優(yōu)選方案，所述執(zhí)行完成施工缺陷修正后，掃描修正后的建筑結(jié)構(gòu)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建修正后的建筑結(jié)構(gòu)的第二三維模型，將第二三維模型與施工標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行二次對(duì)比，驗(yàn)證修正效果包括：

41、在執(zhí)行完成施工缺陷修正后，再次對(duì)修正后的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面掃描，獲取包含x、y、z坐標(biāo)的新點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及新的反射率，重建修正后的建筑結(jié)構(gòu)的第二三維模型；

42、將第二三維模型與施工標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行二次對(duì)比，驗(yàn)證修正效果是否達(dá)到預(yù)期，如果仍有未達(dá)標(biāo)部分，系統(tǒng)將再次啟動(dòng)缺陷識(shí)別流程，直至所有施工誤差被修正至容許范圍內(nèi)。

43、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于三維激光掃描的建筑施工誤差檢測(cè)系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理模塊、三維建模與對(duì)比模塊、缺陷識(shí)別與報(bào)告模塊、施工管理與修正模塊和驗(yàn)證與反饋模塊，其中，數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理模塊用于部署三維激光掃描設(shè)備收集建筑結(jié)構(gòu)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；三維建模與對(duì)比模塊用于基于預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)的第一三維模型，將第一三維模型與施工標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行對(duì)比分析，識(shí)別潛在施工誤差點(diǎn)；缺陷識(shí)別與報(bào)告模塊用于基于潛在施工誤差點(diǎn)構(gòu)建三維缺陷識(shí)別模型，識(shí)別施工缺陷并生成施工缺陷報(bào)告；施工管理與修正模塊用于傳輸施工缺陷報(bào)告至施工管理平臺(tái)，根據(jù)施工缺陷報(bào)告規(guī)劃修正方案；驗(yàn)證與反饋模塊用于在施工缺陷修正完成后，將修正后的建筑結(jié)構(gòu)的第二三維模型與施工標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行二次對(duì)比以驗(yàn)證修正效果。

44、第三方面，本發(fā)明提供了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的基于三維激光掃描的建筑施工誤差檢測(cè)方法的任一步驟。

45、第四方面，本發(fā)明提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的基于三維激光掃描的建筑施工誤差檢測(cè)方法的任一步驟。

46、本發(fā)明有益效果為：通過部署高性能傳感器的三維激光掃描儀收集建筑結(jié)構(gòu)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高效采集與高質(zhì)量處理；隨后，基于預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)的三維模型并與施工標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)了潛在施工誤差點(diǎn)的精準(zhǔn)識(shí)別；接著，構(gòu)建三維缺陷識(shí)別模型對(duì)誤差點(diǎn)進(jìn)行缺陷類型識(shí)別與嚴(yán)重程度評(píng)估，生成缺陷報(bào)告，從而確保了缺陷識(shí)別的準(zhǔn)確性與完整性；最后，通過施工管理平臺(tái)自動(dòng)規(guī)劃并執(zhí)行修正方案，實(shí)現(xiàn)了施工誤差的有效修正，提升了建筑施工的質(zhì)量與效率。本發(fā)明有效地解決了建筑施工中的誤差問題，提高了施工的準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)性。