三维激光扫描技术在古塔建筑垂直度检测中的应用Application of 3D laser scanning technology in verticality detection of ancient tower architecture
薛志坤,李亚然,刘落落,杜一猛,赵士永
摘要(Abstract):
古塔建筑垂直度检测主要采用“吊垂线法”“激光铅锤法”和“全站仪法”等测量方法。这些方法检测效率较低,现场操作以及数据处理过程中容易产生人员误差,无法准确得到测量数值。使用三维激光扫描技术,在既有“手绘拓展体”得到分层拟合形心的基础上,提出一种“数值模拟迭代拟合”的最小二乘法拟合形心的方法,计算得到塔体偏移形态以及垂直度。主要过程是根据K-最近邻算法(KNN)训练优化点云模型配准,古塔模型切片处理后,将各切片点云坐标代入数值编程软件,得到各层切片的拟合形心,进而根据不同层级形心求得整体垂直度。本文以正定县澄灵塔检测项目为依托,应用并检验该方法的可行性,并对比两种拟合方法的检测结果与结果处理时间,两种方法的垂直度检测结果相差在0.16%以内,新方法数据处理时间缩短了88%,验证了方法的精确度和高效性。
关键词(KeyWords): 古塔建筑;三维激光扫描;垂直度检测;手绘扩展体;数值模拟迭代拟合
基金项目(Foundation): 河北省科技厅课题(2023-2113,236Z4506G)
作者(Author): 薛志坤,李亚然,刘落落,杜一猛,赵士永
DOI: 10.19580/j.cnki.1007-3000.2025.07.009
参考文献(References):
- [1]李犇.倾斜砖石古塔的有限元模拟及危险性分析[D].南京:东南大学,2022.
- [2]吴昊,付东.最小二乘二维圆拟合方法在海上风电打桩垂直度监测中的应用[J].北京测绘,2023,37(5):795-800.
- [3]李明.三维激光扫描在高耸结构检测中的应用[J].建筑结构,2022,52(S1):2219-2221.
- [4]史正军.三维激光扫描技术在建筑立面测绘中的应用[J].北京测绘,2020,34(10):1388-1391.
- [5]刘秀涵,张朋东.基于三维激光扫描技术的古墓数字化保护方法[J].测绘通报,2023(12):174-177.
- [6]王德军,万田宝,孙晓东,等.基于三维激光扫描的植被覆盖边坡监测[J].测绘通报,2023(12):112-115.
- [7]冯露,李艳,席思远,等.基于三维声呐点云的河口水闸水下结构安全评估[J].测绘通报,2022(1):100-104.
- [8]王勇,王柄强,唐超.基于移动三维激光扫描的地铁盾构环片提取与分析[J].测绘通报,2020(9):46-49.
- [9]许艳博.结合全站式三维扫描与建筑设计坐标的复杂曲面检测[J].测绘通报,2022(2):16-19.
- [10]胡玉祥,李勇,张洪德,等.地面三维激光扫描技术在建筑物立面测绘中的应用[J].城市勘测,2019(3):87-91.
- [11]金保平.地面三维激光扫描仪在桥墩垂直度测量中的应用[J].北京测绘,2020,34(2):274-276.
- [12]王健,杨久东,宋利杰.吊锤线摆动对竖井联系测量精度的影响及对策[J].中国煤炭,2016,42(9):20-24.
- [13]段军朝,张能,赵旭坤.一种优化的陀螺全站仪+激光铅锤仪联合定向方法在地铁暗挖竖井中的应用[J].城市道桥与防洪,2020(12):202-204.
- [14]王光,高云国,马亚坤,等.激光与经纬仪高精准对接技术[J].红外与激光工程,2018,47(7):86-92.
- [15]姚德龙.大型烟囱垂直度无接触快速检测方法[J].城市建设理论研究(电子版),2020(5):40-41.
- [16]张庆圆,邹彦龙,李金衡.三维激光扫描技术在自然文物侵蚀剥落监测中的应用研究[J].测绘通报,2023(4):140-144.
- [17]韦征,周臻,俞旻韬,等.基于三维激光扫描点云整体分析的铁路隧道超欠挖检测方法[J].铁道学报,2023,45(1):135-140.
- [18]毋雪雁,王水花,张煜东. K最近邻算法理论与应用综述[J].计算机工程与应用,2017,53(21):1-7.
- [19]梅江元.基于马氏距离的度量学习算法研究及应用[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2016.
- [20]刘浩,刘强,刘震,等.基于MATLAB的静压导轨直线度最小二乘法误差分析[J].机床与液压,2018,46(14):115-117.
- [21]冯腾.基于三维激光扫描的建筑物垂直度监测研究[D].唐山:华北理工大学,2016.