深基坑健康監(jiān)測管理系統(tǒng)及其管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種管理系統(tǒng)及其管理方法，特別涉及一種深基坑健康監(jiān)測管理系統(tǒng)及其管理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]《規(guī)范》強(qiáng)制性條文規(guī)定“開挖深度大于等于5米或深度小于5米但現(xiàn)場地質(zhì)情況和周圍環(huán)境復(fù)雜的基坑工程及其它需要監(jiān)測的基坑工程應(yīng)實(shí)施監(jiān)測”。傳統(tǒng)的基坑健康監(jiān)測以報(bào)表配合二維曲線、圖形的方式顯示變形趨勢，發(fā)現(xiàn)問題后反饋并采取必要的補(bǔ)救措施，保證基坑的健康運(yùn)行。這種方法的缺點(diǎn)是耗時(shí)耗力，不利于基坑變形的快速判斷；靠人工閱讀，易發(fā)生疏漏情況；無法直觀查看整體基坑的變形趨勢，迅速排除危險(xiǎn)源，不利于深基坑的健康監(jiān)測。通常深基坑的監(jiān)測主要是對基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)與周邊環(huán)境的健康監(jiān)測，因此如何真實(shí)而準(zhǔn)確地記錄深基坑現(xiàn)場工況，實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測基坑支護(hù)及周邊環(huán)境的變形，并及時(shí)反映給工程技術(shù)人員，當(dāng)變形超過控制值技術(shù)人員可以快速準(zhǔn)確地采取控制措施，同時(shí)跟蹤基坑后續(xù)狀況，這是一個(gè)值得探討的問題。
[0003]BIM (Building Informat1n Model)是建筑信息模型的簡稱，1975 年，ChuckEastman提出BIM理念的源頭“Building Descript1n System”(建筑描述系統(tǒng))。該系統(tǒng)的概念是BIM的概念的起源，提出了三維建筑模型、基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)作平臺(tái)的自動(dòng)更新視圖、工程量自動(dòng)計(jì)算和基于數(shù)據(jù)庫的進(jìn)度計(jì)劃編排等BIM的關(guān)鍵詞，目前BIM主要應(yīng)用在在結(jié)構(gòu)與管道碰撞檢測、工程造價(jià)控制及施工模擬。三維激光掃描技術(shù)是一種新興的現(xiàn)代化信息獲取手段，原理是通過高速驅(qū)動(dòng)及配準(zhǔn)技術(shù)，向被測物體以每秒高達(dá)萬次的高頻發(fā)射激光束，獲取反射信號并成像的一種技術(shù)。三維激光掃描能在測量中采集各物體表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，且速度快、精度高，生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)處理可轉(zhuǎn)換為BM模型數(shù)據(jù)，常用于建筑物測量維護(hù)與仿真、位移控制與外觀結(jié)構(gòu)三維建模、地形測量等。AR (增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))技術(shù)借助計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和可視化技術(shù)產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)環(huán)境中不存在的虛擬對象，借助顯示設(shè)備將虛擬對象與真實(shí)環(huán)境融為一體，呈現(xiàn)效果真實(shí)的新環(huán)境，具有虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)交互和三維注冊的特點(diǎn)。AR技術(shù)能突出對真實(shí)環(huán)境的增強(qiáng)效果，在醫(yī)療研宄、解剖訓(xùn)練、精密儀器制造、裝配與維修和工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種深基坑健康監(jiān)測管理系統(tǒng)及其管理方法，其針對深基坑深、大和復(fù)雜的特點(diǎn)，利用BM和三維激光測量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對深基坑的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并通過AR實(shí)現(xiàn)將其可視化和直觀化，借助AR技術(shù)的實(shí)時(shí)交互進(jìn)行深基坑的健康監(jiān)測。
[0005]本發(fā)明提供一種深基坑健康監(jiān)測管理系統(tǒng)，其特征在于，其包括:
三維激光掃描系統(tǒng)，包括三維激光掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、定位裝置、電源及附屬設(shè)備，用于獲取建筑關(guān)鍵部位施工及歷史健康監(jiān)測信息，并傳輸數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)處理端；
數(shù)據(jù)處理端，裝載有小型數(shù)據(jù)庫、BIM系統(tǒng)、AR系統(tǒng)，其中AR系統(tǒng)包括虛實(shí)融合、實(shí)時(shí)交互和三維注冊模塊；數(shù)據(jù)處理端與三維激光掃描系統(tǒng)相連，通過數(shù)據(jù)處理端的小型數(shù)據(jù)庫對三維激光掃描系統(tǒng)中的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，選取有用的數(shù)據(jù)，得到深基坑現(xiàn)場數(shù)據(jù)模型；利用BM系統(tǒng)對地勘報(bào)告和圖紙進(jìn)行建模，得到深基坑的虛擬三維模型，最后通過AR系統(tǒng)對真實(shí)和虛擬數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，完成深基坑數(shù)據(jù)的AR實(shí)現(xiàn)；
系統(tǒng)展示端包括健康監(jiān)測系統(tǒng)和顯示設(shè)備，系統(tǒng)展示端與數(shù)據(jù)處理端相連，用于根據(jù)AR系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，發(fā)現(xiàn)臨界區(qū)域與危險(xiǎn)點(diǎn)，監(jiān)測到真實(shí)值超過虛擬值時(shí)，根據(jù)顯示設(shè)備中深基坑的現(xiàn)場位置及時(shí)采取補(bǔ)救措施，同時(shí)返回三維激光掃描系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)交互分析，實(shí)現(xiàn)深基坑健康監(jiān)測。
[0006]本發(fā)明還提供一種深基坑健康監(jiān)測管理系統(tǒng)的管理方法，其特征在于，其包括以下步驟:
步驟一，以地勘報(bào)告為初始數(shù)據(jù)，將深基坑的二維地勘資料轉(zhuǎn)換為三維地勘模型，并建立基坑結(jié)構(gòu)的三維模型，完成BIM模型的建立；
步驟二，在完工基坑區(qū)域進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，首先進(jìn)行現(xiàn)場踏勘，并布設(shè)合適控制點(diǎn)和建立控制網(wǎng)，進(jìn)行設(shè)站掃描及標(biāo)靶提取；
步驟三，對深基坑已完工的小區(qū)域，確定掃描區(qū)域并檢查通視條件，對深基坑建立能確保相互控制點(diǎn)均通視的控制網(wǎng)且其能覆蓋掃描區(qū)域，選擇合適的分辨率進(jìn)行標(biāo)靶精度掃描，采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
步驟四，對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，并建立三維模型；
步驟五，在數(shù)據(jù)庫中分別導(dǎo)入BM數(shù)據(jù)和三維激光掃描數(shù)據(jù)，從虛擬坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為真實(shí)坐標(biāo)系，通過標(biāo)識進(jìn)行三維注冊，將真實(shí)場景的數(shù)據(jù)與虛擬場景合成，完成深基坑數(shù)據(jù)的AR實(shí)現(xiàn)；
步驟六，在系統(tǒng)展示端呈現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模型，對比真實(shí)數(shù)據(jù)與虛擬數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)臨界區(qū)域與危險(xiǎn)點(diǎn)，監(jiān)測到真實(shí)值超限時(shí)及時(shí)補(bǔ)救，并返回步驟二，持續(xù)對比，直至滿足要求，從而實(shí)現(xiàn)深基坑的健康監(jiān)測。
[0007]優(yōu)選地，所述步驟四中的三維模型是在數(shù)據(jù)庫中建立完工基坑結(jié)構(gòu)的實(shí)際三維模型。
[0008]本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明在不事先埋設(shè)監(jiān)測設(shè)備和接觸基坑下，通過點(diǎn)云模擬深基坑結(jié)構(gòu)信息，結(jié)合BIM數(shù)據(jù)模型，利用AR技術(shù)實(shí)現(xiàn)對深基坑施工和完工后的有效監(jiān)測，能起到基坑危害預(yù)報(bào)及防護(hù)功能，達(dá)到簡單、準(zhǔn)確和快速進(jìn)行深基坑健康監(jiān)測目的，為工程提供了一種全新而可視化的基坑監(jiān)測管理辦法。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；
圖2是本發(fā)明中使用的ARToolkit技術(shù)在標(biāo)記、相機(jī)和屏幕間的匹配關(guān)系的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下結(jié)合附圖和深基坑對本發(fā)明提出的基于BM與AR技術(shù)的深基坑健康監(jiān)測管理系統(tǒng)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0011]本發(fā)明深基坑健康監(jiān)測管理系統(tǒng)包括三維激光掃描系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理端、系統(tǒng)展示端;
三維激光掃描系統(tǒng)110，包括三維激光掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、定位裝置、電源及附屬設(shè)備，用于獲取建筑關(guān)鍵部位施工及歷史健康監(jiān)測信息，并傳輸數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)處理端120 ;
數(shù)據(jù)處理端120，裝載有小型數(shù)據(jù)庫221、BM系統(tǒng)222、AR系統(tǒng)223，其中AR系統(tǒng)包括虛實(shí)融合、實(shí)時(shí)交互和三維注冊模塊；數(shù)據(jù)處理端120與三維激光掃描系統(tǒng)110相連，通過數(shù)據(jù)處理端120的小型數(shù)據(jù)庫對三維激光掃描系統(tǒng)110中的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，選取有用的數(shù)據(jù)，得到深基坑現(xiàn)場數(shù)據(jù)模型；利用BIM系統(tǒng)對地勘報(bào)告和圖紙進(jìn)行建模，得到深基坑