Способ лазерного 3d сканирования оперативного определения степени деформированности панельного сооружения
Владельцы патента RU 2572060:
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России" (федеральный центр науки и высоких технологий) (RU)
Изобретение относится к эксплуатации и строительству зданий и сооружений и может быть использовано для проведения оперативного обследования зданий и сооружений, подвергшихся внутренним и/или внешним факторам, вызывающих их износ. Способ включает выполнение измерений с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности панельного сооружения и регистрацию соответствующих направлений (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трехмерного изображения 3D-модели сооружения, представляющей рой точек {Χi,Υi,Ζi, i=1,n}. Для выявления деформаций по рою точек выполняется построение ряда горизонтальных и вертикальных сечений 3D-модели, строится карта отклонений и графики отклонений стены от идеальной стеновой вертикальной плоскости. По сформированной числовой карте отклонений выполняется построение карты изолиний, цветотоновой карты, графиков поверхности, теневой карты, при построении цветотоновых карт отклонений используется шкала раскраски впадин - от темно-синего до голубого, выпуклостей - от желтого до темно-коричневого. Вертикальный масштаб графиков отклонений выбирается таким, чтобы наглядно представить микронеровности стены, а сечение карты изолиний отклонений выбирается в погрешности построения модели 3 мм. При этом выявление дефектов строительства и начальной фазы деформационного процесса осуществляется по результатам сопоставления фактических отклонений и относительных изгибных деформаций с нормативными отклонениями и критическими значениями деформации панельного сооружения. Технический результат заключается в расширении эксплуатационных возможностей для оперативного определения степени деформации сооружения. 6 ил.
Изобретение относится к эксплуатации и строительству зданий и сооружений и может быть использовано для проведения оперативного обследования зданий и сооружений подвергшихся внутренним и/или внешним факторам, вызывающим их износ.
Наиболее близким по сущности к предлагаемому способу является способ лазерного 3D-сканирования, который обеспечивает выполнение измерений с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности объекта и регистрирующий соответствующие направления (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трехмерного изображения 3D-модели объекта, представляющей рой точек {Χi,Υi,Ζi, i=1,n}.
Способ лазерного 3D-сканирования обеспечивает:
возможность определения пространственных координат точек объекта в полевых условиях;
трехмерную визуализацию в режиме реального времени исследуемого объекта;
неразрушающий метод получения информации;
высокую точность измерений;
безопасность исполнителя при съемке труднодоступных и опасных районах, т.к. применяется принцип дистанционного получения информации;
высокую производительность выполнения работы, сокращает время полевых работ при создании цифровых моделей объектов;
работы можно выполнять при любых условиях освещения, то есть днем и ночью, так как сканеры являются активными съемочными системами;
высокую степень детализации
[см. Середович В.А., Комиссаров А.В., Комиссаров Д.В., Широкова Т.А. и др. Наземное лазерное сканирование. Новосибирск, СГГА, 2009, 261 с., - прототип].
Данный способ не дает возможности определять степень деформированности конструкций панельного сооружения.
Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в расширении эксплуатационных возможностей способа лазерного 3D-сканирования для оперативного определения степени деформации панельного сооружения.
Поставленный технический результат достигается тем, что способ лазерного 3D-сканирования, включающий выполнение измерений с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности панельного сооружения и регистрирующий соответствующие направления (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трехмерного изображения 3D-модели панельного сооружения, представляющей рой точек {Xi,Yi,Zi, i=1,n}, для выявления деформаций по рою точек выполняется построение ряда горизонтальных и вертикальных сечений 3D-модели, строится карта отклонений и графики отклонений стены от идеальной стеновой вертикальной плоскости, по сформированной числовой карте отклонений выполняются построения карты изолиний, цветотоновой карты, графиков поверхности, теневой карты, при построении цветотоновых карт отклонений используется шкала раскраски впадины - от темно-синего до голубого, выпуклостей - от желтого до темно-коричневого, вертикальный масштаб графиков отклонений выбирается таким, чтобы наглядно представить микронеровности стены, а сечение карты изолиний отклонений выбирается в погрешности построения модели 3 мм, при этом выявление дефектов строительства и начальной фазы деформационного процесса осуществляется по результатам сопоставления фактических отклонений и относительных изгибных деформаций с нормативными отклонениями и критическими значениями деформации панельного сооружения.
Перечень графических иллюстраций применения предлагаемого способа:
на фиг. 1 изображена трехмерная модель (облако точек) панельного дома по результатам лазерного сканирования;
на фиг. 2 - цветотоновая карта отклонений торцевой стены панельного дома от идеальной вертикальной плоскости;
на фиг. 3 - трехмерная блок-диаграмма деформаций панелей 6-13 этажей;
на фиг. 4 - трехмерная блок-диаграмма деформаций панелей 1-7 этажей,
на фиг. 5 - отрыв торцевых панелей на уровне 9-10 этажей, на
фиг. 6 - торцевая сторона панельного дома с многочисленными трещинами.
Способ лазерного 3D-сканирования для оперативного определения степени деформированности панельного сооружения включает выполнение измерений с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности панельного сооружения и регистрацию соответствующих направлений (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трехмерного изображения 3D-модели панельного сооружения, представляющей рой точек {Xi,Yi,Zi, i=1,n}, для выявления деформаций по рою точек выполняется построение ряда горизонтальных и вертикальных сечений 3D-модели, строится карта отклонений и графики отклонений стены от идеальной стеновой вертикальной плоскости, по сформированной числовой карте отклонений выполняется построение карты изолиний, цветотоновой карты, графиков поверхности, теневой карты, при построении цветотоновых карт отклонений используется шкала раскраски впадин - от темно-синего до голубого, выпуклостей - от желтого до темно-коричневого, вертикальный масштаб графиков отклонений выбирается таким, чтобы наглядно представить микронеровности стены, а сечение карты изолиний отклонений выбирается в погрешности построения модели 3 мм, при этом выявление дефектов строительства и начальной фазы деформационного процесса осуществляется по результатам сопоставления фактических отклонений и относительных изгибных деформаций с нормативными отклонениями и критическими значениями деформации панельного сооружения.
Суть способа лазерного 3D-сканирования для оперативного определения степени деформированности панельного сооружения заключается в следующем.
Сканирование панельного сооружения выполняется с произвольного числа и расположения позиций, обеспечивающих полный обзор изучаемого объекта, с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности панельного сооружения, и регистрируются соответствующие направления (вертикальные и горизонтальные углы). Минимально по одному сканированию с каждой стороны панельного сооружения.
По проведенным измерениям формируется 3D-модель панельного сооружения, представляющая рой точек {Xi,Yi,Zi. i=1,n} (фиг. 1). При сшивке сканов в единую модель достигается точность 3 мм.
По результатам отдельных сканирований с применением стандартных сферических отражателей или бумажных марок, или характерных угловых точек объекта,
Для выявления деформаций по рою точек выполняется построение ряда горизонтальных и вертикальных сечений 3D-модель панельного сооружения.
Строится карта отклонений и графики отклонений стен от идеальной стеновой вертикальной плоскости. При этом используется априори задаваемый допуск максимального отклонения и размер ячеек карты отклонения. В каждую ячейку матрицы карты отклонений заносится фактическое отклонение 3D-модель панельного сооружения от идеальной плоскости.
По сформированной числовой карте отклонений выполняется построение:
карты изолиний;
цветотоновой карты;
графиков поверхности;
теневой карты.
Изучение 3D-модели панельного сооружения для выявления деформаций выполняется построением ряда горизонтальных и вертикальных сечений модели, а затем, с учетом геометрических параметров и координат определенных по этим сечениям, строится карта отклонений и графики отклонений торцевой стороны дома от идеальной вертикальной плоскости.
При построении цветотоновых карт отклонений используется шкала раскраски типа «атлас» (впадины - от темно-синего до голубого, выпуклости - от желтого до темно-коричневого). Вертикальный масштаб графиков отклонений выбирается таким, чтобы наглядно представить микронеровности стены. Сечение карты изолиний отклонений выбирается в погрешности построения модели 3 мм.
На фиг. 2 видно, что максимальные отклонения в периферических частях составляют до 8 см. На уровне 2-3 этажа и 8-9 этажа с левой стороны имеется отрыв панели от конструкции.
Проводится анализ графиков отклонений от идеальной вертикальной плоскости. На фиг. 3 и 4 приведены примеры такого анализа, периферические края панелей оторваны от общей конструкции, а панели имеют характерную параболическую форму.
На фиг. 5 показаны места наиболее значительного отрыва панелей от общей конструкции. На фиг. 6 представлена общая трещиноватость панелей, которая возникла из-за деформаций.
Применение способа лазерного 3D-сканирования для оперативного определения степени деформированности панельного сооружения позволяет эффективно и быстро выявлять количественные деформации различных элементов панельного сооружения и оценить изгибные деформации стеновых панелей.
Способ лазерного 3D-сканирования для оперативного определения степени деформированности панельного сооружения, включающий выполнение измерений с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности панельного сооружения и регистрацию соответствующих направлений (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трехмерного изображения 3D-модели панельного сооружения, представляющей рой точек {Xi, Yi, Zi, i=1, n}, отличающийся тем, что для выявления деформаций по рою точек выполняется построение ряда горизонтальных и вертикальных сечений 3D-модели, строится карта отклонений и графики отклонений стены от идеальной стеновой вертикальной плоскости, по сформированной числовой карте отклонений выполняется построение карты изолиний, цветотоновой карты, графиков поверхности, теневой карты, при построении цветотоновых карт отклонений используется шкала раскраски впадин - от темно-синего до голубого, выпуклостей - от желтого до темно-коричневого, вертикальный масштаб графиков отклонений выбирается таким, чтобы наглядно представить микронеровности стены, а сечение карты изолиний отклонений выбирается в погрешности построения модели 3 мм, при этом выявление дефектов строительства и начальной фазы деформационного процесса осуществляется по результатам сопоставления фактических отклонений и относительных изгибных деформаций с нормативными отклонениями и критическими значениями деформации панельного сооружения.
