本發(fā)明屬于建筑變形監(jiān)測(cè)與分析領(lǐng)域，尤其是一種基于三維激光掃描和深度學(xué)習(xí)的建筑變形分析方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、建筑結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測(cè)對(duì)保障建筑安全具有重要意義。隨著城市化進(jìn)程加快，大型復(fù)雜建筑不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的人工測(cè)量和簡(jiǎn)單傳感器監(jiān)測(cè)已難以滿足高精度、大范圍、實(shí)時(shí)性的監(jiān)測(cè)需求。三維激光掃描技術(shù)憑借其快速、無(wú)接觸、高精度的特點(diǎn)，可以獲取建筑物表面的高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)，結(jié)合深度學(xué)習(xí)方法進(jìn)行智能分析，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑變形的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和預(yù)警，這對(duì)于預(yù)防建筑安全事故、延長(zhǎng)建筑使用壽命、降低維護(hù)成本具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2、目前，建筑變形監(jiān)測(cè)主要采用測(cè)量機(jī)器人、位移傳感器、傾角傳感器等設(shè)備進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，或使用地面三維激光掃描儀獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)后進(jìn)行簡(jiǎn)單的幾何特征提取和變形分析。在數(shù)據(jù)處理方面，主要依靠icp配準(zhǔn)算法進(jìn)行點(diǎn)云匹配，采用ransac方法進(jìn)行平面擬合和特征提取，使用主成分分析方法進(jìn)行變形特征識(shí)別。這些方法雖然在一定程度上實(shí)現(xiàn)了建筑變形的監(jiān)測(cè)，但在處理復(fù)雜環(huán)境下的大規(guī)模點(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí)仍存在諸多局限性。

3、現(xiàn)有技術(shù)存在以下具體問(wèn)題：首先，點(diǎn)云數(shù)據(jù)易受溫度、濕度、光照等環(huán)境因素影響，導(dǎo)致測(cè)量精度波動(dòng)，現(xiàn)有方法缺乏有效的環(huán)境補(bǔ)償機(jī)制；其次，在構(gòu)件分割方面，現(xiàn)有方法難以準(zhǔn)確識(shí)別復(fù)雜建筑中的細(xì)微構(gòu)件和它們之間的拓?fù)潢P(guān)系，特別是在處理不規(guī)則形狀和復(fù)雜連接處時(shí)容易出現(xiàn)分割錯(cuò)誤；第三，在變形特征提取方面，傳統(tǒng)方法往往只關(guān)注單一尺度的幾何特征，無(wú)法有效捕獲多尺度下的變形模式，也缺乏對(duì)變形特征可靠性的評(píng)估機(jī)制；第四，在預(yù)警決策方面，現(xiàn)有系統(tǒng)通常采用固定閾值進(jìn)行簡(jiǎn)單判斷，缺乏對(duì)建筑物整體受力狀態(tài)的分析和對(duì)預(yù)警結(jié)果的物理驗(yàn)證，容易產(chǎn)生誤報(bào)或漏報(bào)；最后，在數(shù)據(jù)處理的各個(gè)環(huán)節(jié)之間缺乏有效的交叉驗(yàn)證和一致性優(yōu)化機(jī)制，難以保證整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。這些技術(shù)問(wèn)題嚴(yán)重制約了三維激光掃描技術(shù)在建筑變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的，提出一種基于三維激光掃描和深度學(xué)習(xí)的建筑變形分析方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題。

2、技術(shù)方案，基于三維激光掃描和深度學(xué)習(xí)的建筑變形分析方法，包括如下步驟：

3、s1、獲取原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，基于原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)信息和強(qiáng)度值，采用特征分解方法進(jìn)行層級(jí)化處理，獲得分層特征數(shù)據(jù)；將分層特征數(shù)據(jù)與預(yù)存儲(chǔ)的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，得到環(huán)境補(bǔ)償特征數(shù)據(jù)；對(duì)環(huán)境補(bǔ)償特征數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估和優(yōu)化處理，得到優(yōu)化點(diǎn)云數(shù)據(jù)；將優(yōu)化點(diǎn)云數(shù)據(jù)與預(yù)存儲(chǔ)的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空特征融合，得到高保真點(diǎn)云數(shù)據(jù)和時(shí)空特征描述數(shù)據(jù)；

4、s2、將高保真點(diǎn)云數(shù)據(jù)和時(shí)空特征描述數(shù)據(jù)輸入預(yù)配置的構(gòu)件分割模型，生成構(gòu)件特征數(shù)據(jù)和構(gòu)件關(guān)系數(shù)據(jù)；對(duì)構(gòu)件特征數(shù)據(jù)和構(gòu)件關(guān)系數(shù)據(jù)進(jìn)行變形特征提取，得到變形特征數(shù)據(jù)和特征權(quán)重?cái)?shù)據(jù)；基于變形特征數(shù)據(jù)和特征權(quán)重?cái)?shù)據(jù)，進(jìn)行多尺度分析，獲得融合變形特征數(shù)據(jù)；將融合變形特征數(shù)據(jù)與時(shí)空特征描述數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性優(yōu)化，得到優(yōu)化變形特征數(shù)據(jù)和特征可信度數(shù)據(jù)；

5、s3、將優(yōu)化變形特征數(shù)據(jù)和特征可信度數(shù)據(jù)輸入混聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理，得到混聯(lián)特征數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)數(shù)據(jù)；對(duì)混聯(lián)特征數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行多尺度特征增強(qiáng)，生成增強(qiáng)特征數(shù)據(jù)和可靠性評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)；基于增強(qiáng)特征數(shù)據(jù)和可靠性評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)，進(jìn)行變形演化分析，輸出變形預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和不確定性數(shù)據(jù)；基于變形預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和不確定性數(shù)據(jù)，采用預(yù)警決策系統(tǒng)，生成預(yù)警等級(jí)數(shù)據(jù)和決策建議數(shù)據(jù)；

6、s4、將預(yù)警等級(jí)數(shù)據(jù)、決策建議數(shù)據(jù)和優(yōu)化變形特征數(shù)據(jù)進(jìn)行物理規(guī)律驗(yàn)證，生成物理驗(yàn)證數(shù)據(jù)和第一驗(yàn)證修正數(shù)據(jù)；對(duì)物理驗(yàn)證數(shù)據(jù)和時(shí)空特征描述數(shù)據(jù)進(jìn)行多源數(shù)據(jù)交叉驗(yàn)證，獲得交叉驗(yàn)證數(shù)據(jù)和第二驗(yàn)證修正數(shù)據(jù)；基于交叉驗(yàn)證數(shù)據(jù)和變形預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行時(shí)空連續(xù)性優(yōu)化，輸出連續(xù)性優(yōu)化數(shù)據(jù)和第三驗(yàn)證修正數(shù)據(jù)；將連續(xù)性優(yōu)化數(shù)據(jù)、第一驗(yàn)證修正數(shù)據(jù)、第二驗(yàn)證修正數(shù)據(jù)和第三驗(yàn)證修正數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合優(yōu)化，生成最終優(yōu)化數(shù)據(jù)和可靠性報(bào)告數(shù)據(jù)。

7、基于三維激光掃描和深度學(xué)習(xí)的建筑變形分析系統(tǒng)，包括：

8、至少一個(gè)處理器；以及，

9、與至少一個(gè)所述處理器通信連接的存儲(chǔ)器；其中，

10、所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有可被所述處理器執(zhí)行的指令，所述指令用于被所述處理器執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)所述的基于三維激光掃描和深度學(xué)習(xí)的建筑變形分析方法。

11、有益效果，本發(fā)明提升了數(shù)據(jù)的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)的變形監(jiān)測(cè)；提高了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，確保了結(jié)果的可靠性；能夠在復(fù)雜的工程環(huán)境下，提供更準(zhǔn)確、更可靠的建筑變形監(jiān)測(cè)和預(yù)警服務(wù)，形成了一個(gè)完整的、自適應(yīng)的、可靠的建筑變形監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。

技術(shù)特征：

1.基于三維激光掃描和深度學(xué)習(xí)的建筑變形分析方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維激光掃描和深度學(xué)習(xí)的建筑變形分析方法，其特征在于，步驟s1進(jìn)一步為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于三維激光掃描和深度學(xué)習(xí)的建筑變形分析方法，其特征在于，步驟s2進(jìn)一步為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于三維激光掃描和深度學(xué)習(xí)的建筑變形分析方法，其特征在于，步驟s3進(jìn)一步為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于三維激光掃描和深度學(xué)習(xí)的建筑變形分析方法，其特征在于，步驟s4進(jìn)一步為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于三維激光掃描和深度學(xué)習(xí)的建筑變形分析方法，其特征在于，步驟s11進(jìn)一步為：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于三維激光掃描和深度學(xué)習(xí)的建筑變形分析方法，其特征在于，步驟s12進(jìn)一步為：

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于三維激光掃描和深度學(xué)習(xí)的建筑變形分析方法，其特征在于，步驟s21進(jìn)一步為：

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于三維激光掃描和深度學(xué)習(xí)的建筑變形分析方法，其特征在于，步驟s31進(jìn)一步為：

10.基于三維激光掃描和深度學(xué)習(xí)的建筑變形分析系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于三維激光掃描和深度學(xué)習(xí)的建筑變形分析方法及系統(tǒng)，該方法包括獲取原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)特征分解方法進(jìn)行層級(jí)化處理獲得分層特征數(shù)據(jù)，結(jié)合環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析消除環(huán)境影響，經(jīng)過(guò)質(zhì)量評(píng)估優(yōu)化和時(shí)空特征融合得到高保真點(diǎn)云數(shù)據(jù)；對(duì)高保真點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)件分割和變形特征提取，通過(guò)多尺度分析獲得融合變形特征數(shù)據(jù)；接著將變形特征數(shù)據(jù)輸入混聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行特征增強(qiáng)和變形演化分析，生成變形預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)；對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行物理規(guī)律驗(yàn)證、多源數(shù)據(jù)交叉驗(yàn)證和時(shí)空連續(xù)性優(yōu)化，輸出最終優(yōu)化數(shù)據(jù)和可靠性報(bào)告。本發(fā)明通過(guò)多層次的數(shù)據(jù)處理和驗(yàn)證機(jī)制，提高了建筑變形監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：姚張溧,李婷,邱學(xué)剛,竇妍,付文強(qiáng),徐建雷,毛軍濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30