基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测方法及系统与流程

1.本发明涉及桥体养护检测领域，具体是基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测方法及系统。


背景技术：

2.随着我国桥梁建造技术的不断提高，大跨径跨江、跨河的桥梁数量增多，对于这些桥梁的后期养护检测中存在桥梁下部结构变形（全高竖直度）、位移、墩桩结合部缺损（缩径）、河床冲刷等状况不明，难以准确判定桥梁结构状况。亟需寻找有效检测手段查明桥梁下部结构水面以上及水面以下墩身全高的变形、位移、河床处墩桩结合部的缺损和河床冲刷情况，进而评价桥梁下部结构技术状况。
3.同时，三维激光和多波束水下扫描可对我国上世纪90年左右建设的跨江、跨河的桥梁竣工图纸缺失的情况可以通过此项扫描技术绘制和恢复桥梁结构尺寸及图纸，为今后日常巡查、经常检查、养护定期检查、特殊检查及承载能力评估提供基础数据。
4.再者，桥梁结构状况是一个动态的变化过程，受施工质量、环境、汽车荷载、地震等作用的影响发生变化。早期出现的结构病害如果发现及时，可采用合适有效的防治措施，避免造成更大的损失，而桥梁基准比对数据的建立是早期发现问题的最有效手段。因此，通过三维激光和多波束速水下扫描技术，再由统一的坐标系转换后并通过点云数据平面拟合方法拟合形成各结构成面拼接成立体三维结构图，作为后续养护的基准。当结构变形超过规定的限度，就会影响正常运营，而严重时还会危及桥梁的安全寿命。


技术实现要素：

5.本发明提供基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测方法及系统，旨在提供一种有效手段查明下部结构水面以上墩身、水下墩身的变形、位移及竖直度，河床处墩桩结合部的缺损和冲刷情况。其中：基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测方法，包括以下步骤：s1. 通过全站仪式影像三维激光扫描对桥梁下部的水上结构的墩身变形状况进行扫描；s2. 通过多波束水下扫描成像对水下结构和河床断面进行扫描；s3. 建立项目坐标，对全站仪式影像三维激光扫描结果和多波束水下扫描成像扫描结果进行坐标统一；s4. 通过点云数据平面拟合方法拟合形成各结构成面拼接成立体三维结构图，该立体三维结构图作为评定标准，根据点云数据平面拟合方法测得的偏移量及测量的高差计算分析出竖直度的百分比；s5. 根据评定标准结合偏移量对桥体进行评价。
6.进一步的，所述步骤s2，具体包括以下子步骤：s201. 接收换能器根据发射换能器发射的波束，通过密集采样进行相位测量，并
确定回波反射角；s202. 接收换能器通过测量每个ping的声波往返播时间计算水深值；s203. 发射换能器发出声波遇到水底后被接收换能器接收，根据回波到达换能器的时间不同，对回波的相位差进行测量记录，并利用相干法计算回波角度；s204. 根据条带覆盖获得区域内的平面位置和计算得到的水深值，进行水下成像。
7.进一步的，所述步骤s204中，水深值具体计算流程如下：
[0008][0009][0010]
其中，所述表示水深值，所述表示波长，所述表示相位差，所述表示回波角度，所述表示接收换能器和发射换能器之间的距离，所述表示回波到达换能接收器的时间，所述表示水中声速，表示回波的往返距离。
[0011]
进一步的，所述步骤s3中，建立项目的具体流程为：采用gps cgc2000建立项目坐标系统，分别建立6个控制点，分别设置于桥体两岸各两个、桥体中部左右两侧各一个。
[0012]
进一步的，所述步骤s4中，还包括对多波束原始数据进行数据处理，包括以下子步骤：s401. 将不同的原始数据转换为caris识别格式；s402. 根据作业现场的情况对声速剖面数据进行采集，将声速剖面数据文件导入测线文件，当数据合并时通过caris对水深进行改正；s403. 通过rtk进行潮位计算，再根据计算得到的rtk潮位数据对测量的水深值进行改正；s404. 对数据分别进行进行横摇矫正、纵摇矫正、艏向矫正和误差分析。
[0013]
进一步的，基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测系统，该系统包括全站仪式影像三维激光扫描子系统和多波束水下扫描成像子系统，其中：所述系统根据全站仪式影像三维激光扫描子系统对桥梁下部结构的墩身变形状况进行检测；所述系统根据多波束水下扫描成像子系统对水下结构和河床断面进行检测；其中，所述系统根据全站仪记录三维点云数据，通过tbc进行统一坐标，并对桥墩下部结构墩身的变形状况进行分析；所述系统通过发射换能器阵列向水下河床发射宽扇形覆盖声波，接收换能器阵列对声波进行窄波束接收，并通过发射和接收的扇形区指向的正交性形成对水下结构物及河床地形的照射脚印；所述系统对照射脚印处理，并对水下结构物及河床地形的垂直面内的水下被测点的水深值和结构物的距离值进行计算。
[0014]
进一步的，所述全站仪式影像三维激光扫描子系统还包括有项目坐标子系统，所述项目坐标子系统对大地坐标转换为现场大地坐标系，将多个测点进行平均计算得出结构
物上下两点的偏移量，根据所测偏移量及测量的高差计算分析出竖直度的百分比。
[0015]
进一步的，所述多波束水下扫描成像子系统对的接收换能器根据发射换能器发射的波束，通过密集采样进行相位测量，并确定回波反射角，所述接收换能器通过测量每个ping的声波往返播时间计算水深值，其中，所述水深值具体计算流程如下：
[0016][0017][0018]
其中，所述表示水深值，所述表示波长，所述表示相位差，所述表示回波角度，所述表示接收换能器和发射换能器之间的距离，所述表示回波到达换能接收器的时间，所述表示水中声速，表示回波的往返距离。
[0019]
本发明的有益效果是：（1）本发明采用创新性的检测方法，通过三维激光+多波束水下扫描的检测成果分析能定性和定量的分析山区高速深水区、高烈度区的桥梁高墩结构的水面以上墩身、水下墩身的变形、位移及竖直度，河床处墩桩结合部的缺损和冲刷情况，评价桥梁下部结构技术状况。克服了水下结构的变形状况（竖直度）和墩桩结合的河床处的冲刷及结构缺损状况等检测盲区结构的技术状况及性能是否存在不安全的的困扰，为制定针对性养护对策科学决策提供了有利的依据，保障高速公路桥梁的运营安全；（2）本发明采用全站式影像三维激光扫描技术，从传统单点测量到面测量检测桥梁墩柱竖直度，经过数据处理，显著提高了检测精度，解决了传统单点测量方法在桥梁结构通车运营后受测站和测距影响下无法测得下部结构的墩身的的变形、位移及竖直度等状况，实施效果良好；（3）本发明采用多波束水下扫描技术，实现了对水下结构物和河床断面形状的高精度和高密度测量，解决了山区高速深水区、高烈度区的桥梁水下结构的变形状况(竖直度)和墩桩结合的河床处的冲刷及结构缺损状况，便于准确的判断桥梁下部结构的技术状况，为桥梁养护做出科学的决策。
附图说明
[0020]
图1为本发明提出的基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测方法的方法流程图；图2为本发明提出的基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测方法中船体坐标系示意图。
具体实施方式
[0021]
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0022]
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于
限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0023]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0024]
而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0025]
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0026]
基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测方法，如图1，包括以下步骤：s1. 通过全站仪式影像三维激光扫描对桥梁下部的水上结构的墩身变形状况进行扫描；s2. 通过多波束水下扫描成像对水下结构和河床断面进行扫描；s3. 建立项目坐标，对全站仪式影像三维激光扫描结果和多波束水下扫描成像扫描结果进行坐标统一；s4. 通过点云数据平面拟合方法拟合形成各结构成面拼接成立体三维结构图，该立体三维结构图作为评定标准，根据点云数据平面拟合方法测得的偏移量及测量的高差计算分析出竖直度的百分比；s5. 根据评定标准结合偏移量对桥体进行评价。
[0027]
其中，需要说明的是，本实施所述的三维激光扫描技术是根据全站仪的基本工作原理，记录点的三维点云数据 (）坐标，在全站仪的基础上加上伺服马达转动仪器来自动完成水平方向和垂直方向的扫描，从而完成水面方向 360 度和一定垂直方向的全方位的点云数据的采集。全站仪式影像三维激光扫描技术的流程原理为：通过一束一束的激光照射到物体表面，能够测得结构表面几百万的激光点，激光点携带方位距离和的坐标信息，因而测得墩身的结构激光点云，通过后处理软件汇集分析形成空间立体结构，从而分析墩身的变形、位移及竖直度等的技术状况，对下部结构进行科学评价。全站式影像三维激光扫描技术从传统单点测量到面测量检测桥梁墩柱竖直度，经过数据处理，显著提高了检测精度，解决了传统单点测量方法在桥梁结构通车运营后受测站和测距影响下无法测得下部结构的墩身的的变形、位移及竖直度等状况，实施效果良好。
[0028]
进一步的，所述坐标统一的流程步骤具体包括：对全站仪和水下扫描设备进行精确定位和坐标校准，确保两个扫描设备所采集数据的坐标系统一致。利用空间控制点或人工放置的参考标记物，在全站仪和水下扫描区域内进行测量，以获取各自坐标系统之间的转换关系。通过坐标转换公式将全站仪扫描结果和水下扫描结果的坐标统一。
[0029]
进一步的，所述平面拟合的流程步骤具体包括：1. 数据准备：将需要进行平面拟合的点云数据表示为一个矩阵，其中每行包含一个点的坐标，即。
[0030]
2.构建系数矩阵和常数向量：对于每个点，构建系数矩阵和常数向量的元素：
[0031][0032][0033][0034]
其中，所述表示当前处理的点的索引。通过遍历所有点的索引，在构建系数矩阵a和常数向量b时，将每个点的坐标对应填充到a和b的对应位置上。然后，利用这些点的坐标拟合出一个平面方程。
[0035]
3. 求解平面方程的系数：利用最小二乘法的正规方程求解平面方程的系数：令系数矩阵的转置与系数矩阵相乘，等于系数矩阵的转置与常数向量相乘。通过计算，在最小二乘法中可以得到平面方程的系数，从而拟合出最优平面；求解方程组，得到平面方程的系数：
[0036]
4. 得到平面方程：平面方程的一般形式为，其中为平面上的一点。
[0037]
对于拟合得到的平面方程系数，可以通过选取其中一个内点的坐标，计算：
[0038]
5. 得到拟合的平面方程：拟合得到的平面方程为：
[0039]
其中，分别表示求解得到的系数，所述表示计算得到的常数。
[0040]
进一步的，作为本实施例优选的实施方案，本实施例采用全站仪式影像三维激光扫描仪，将高精度测量与高速扫描融为一体，该仪器测程5500m，精度为1mm+1.5ppm，1"全站仪测角功能，扫描速率 26600 点/秒。导线式设站方式根据现场通视情况选择后视设站或后方交会设站，设站位置应保证桥墩的两个侧面均能够无遮挡测量。
[0041]
其中，需要说明的是，本实施例所述的多波束水下扫描技术在海道、水运工程、码头等普遍涉及水深测量领域，但作为在运营桥梁水下结构物和河床为首次开展水下结构的养护检测工作。其具体实施原理流程为：多波束测深系统的工作原理是利用发射换能器阵列向水下河床发射宽扇形覆盖的声波，利用接收换能器阵列对声波进行窄波束接收，通过发射、接收扇形区指向的正交性形成对水下结构物及河床地形的照射脚印，对这些脚印进
行恰当的处理，一次探测就能给出与水下结构物及河床地形垂直的垂直面内上百个甚至更多的水下被测点的水深值和到结构物的距离值。
[0042]
进一步的，作为本实施例优选的实施方案，本实施例工作采用实时差分 gps 工作模式(rtk)。如图2示出了船体坐标系。
[0043]
进一步的，所述步骤s2具体流程包括：s201. 接收换能器根据发射换能器发射的波束，通过密集采样进行相位测量，并确定回波反射角；s202. 接收换能器通过测量每个ping的声波往返播时间计算水深值；s203. 发射换能器发出声波遇到水底后被接收换能器接收，根据回波到达换能器的时间不同，对回波的相位差φ进行测量记录，并利用相干法计算回波角度；s204. 根据条带覆盖获得区域内的平面位置和计算得到的水深值h，进行水下成像。
[0044]
具体的，上述实施例的具体实施原理流程为：发射换能器发出声波，接收换能器接收到声波后进行相位测量，通过密集采样确定回波反射角，从而得出海底的形态信息。其次，接收换能器通过测量每个ping的声波往返播时间计算出水深数据。最后，根据回波到达换能器的时间不同，对回波的相位差进行测量记录，利用相干法计算回波角度，从而得出海底的物质信息。
[0045]
进一步的，所述水深值具体计算流程如下：
[0046][0047][0048]
其中，所述表示水深值，所述表示波长，所述表示相位差，所述表示回波角度，所述表示接收换能器和发射换能器之间的距离，所述表示回波到达换能接收器的时间，所述表示水中声速，表示回波的往返距离。
[0049]
进一步的，所述步骤s3具体流程为：采用gps cgc2000建立项目坐标系统，分别建立6个控制点，分别设置于桥体两岸各两个、桥体中部左右两侧各一个。其中，由于造像整体外形比较复杂，需要布设多个测站才能比较完整的获取被扫描对象的表面数据，测站点选择要求:第一，测站点地面稳固，视角开阔等，满足仪器安装的要求；第二尽量布设较少的测站点，以减少各站数据之间的拼接误差；第三，保证各测站点获得的扫描数据最终能得到被扫描对象的完整信息。
[0050]
进一步的，所述数据处理的具体流程包括：将不同的原始数据转换为caris识别格式；具体的，不同的多波束数据采集软件得到的原始数据的格式不同，所以在进行后处理之前需要将不同的原始数据格式转换成 caris 软件能识别的格式。转换后的原始数据根据数据类型被分别存放于多个文件，并统一保存在特定的文件夹内供数据处理时调用；根据作业现场的情况对声速剖面数据进行采集，将声速剖面数据文件导入测线文件，当数据合并时通过caris对水深进行改正；具体的，声波在水中的传播速度和方向均会
随着水深而发生改变。因此，声速改正在多波束测量中必不可少。在进行多波束水深测量时无法实时进行声速改正，因此需要根据作业现场的情况不定时的进行声速剖面数据的采集。在后处理时，将声速剖面数据文件导入测线文件，在数据合并时对水深进行改正，声速剖面数据对水深改正的过程由 caris 软件完成。声波在水中的传播速度随着水深的增加而出现明显的变化。
[0051]
通过rtk进行潮位计算，再根据计算得到的rtk潮位数据对测量的水深值进行改正；具体的，当需要准确的水底地形时，须计算多波束测量时任一测量点的水面高程，对很多情况下水面高程都是实时变化的，这个高程随时间的变化曲线为潮位，在使用rtk 进行精准定位的情况下，高程数据会被记录并保存在测线文件中；使用 caris 软件后处理时，先进行 rtk 潮位计算，再调用计算出来的 rtk 潮位数据对测量的水深值进行改正。
[0052]
对数据分别进行横摇矫正、纵摇矫正、艏向矫正和误差分析；具体的，由于姿态传感器和多波束的安装偏差，会导致姿态传感器测得的资态信息与多波束实际的姿态存在一定的偏差，需要在后处理时进行改正。
[0053]
进一步的，作为本实施例优选的实施方案，本实施例所述的横摇矫正具体为：在平坦地形的同一条测线上以相同船速、往返航向各测量一次，没有安装 roll 偏差的情况下两条重合往返线应该是完全重合的。如果姿态传感器与多波束换能器在 roll(横摇)方向存在安装偏差，那么会出现两条测线的水深点发生错位的现象。rol1 矫正就是要让同一条测线往返测量的结果重合。
[0054]
进一步的，作为本实施例优选的实施方案，本实施例所述的纵摇矫正具体为：在特征地形的同一条测线上分别以相同船速、往返航向各测量一次；如果姿态传感器与多波束换能器在 pitch（纵摇）方向存在安装偏差，在后处理时会出现特征地形位置错位，pictch 矫正即对同一条测线往返测量的特征地形位置重合。
[0055]
进一步的，作为本实施例优选的实施方案，本实施例所述的艏向矫正具体为：在特征地形两旁的两条测线上以相同船速，沿同一航向各测量一次，两条测线的间隔应等于最大条带宽。
[0056]
进一步的，作为本实施例优选的实施方案，本实施例所述的误差分析具体为：用“总传播不确定度”来衡量多波束的测量误差。
[0057]
进一步的，上述使用 caris 后处理软件进行后期处理的主要目的为：（1）消除定位设备与多波束由于安装位置不一致导致的水深点位置偏差；（2）消除由于姿态仪与多播束安装姿态不重合导致的水深点位置偏差；（3）消除由于数据传输延迟导致的数据错位，数据错位同样会造成水深点位置错误和水深值偏差；（4）声速改正；（5）潮位改正；（6）删除噪声点使生成的地貌图像更加清晰真实；（7）生成不同坐标系下的三维点云数据，生成视频或者图片等最终成果。
[0058]
基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测系统，该系统上述任一项所述的基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测方法来实现，该系统包括全站仪式影像三维激光扫描子系统和多波束水下扫描成像子系统，
所述系统根据全站仪式影像三维激光扫描子系统对桥梁下部结构的墩身变形状况进行检测；所述系统根据多波束水下扫描成像子系统对水下结构和河床断面进行检测；其中，所述系统根据全站仪记录三维点云数据，通过tbc进行统一坐标，并对桥墩下部结构墩身的变形状况进行分析；所述系统通过发射换能器阵列向水下河床发射宽扇形覆盖声波，接收换能器阵列对声波进行窄波束接收，并通过发射和接收的扇形区指向的正交性形成对水下结构物及河床地形的照射脚印；所述系统对照射脚印处理，并对水下结构物及河床地形的垂直面内的水下被测点的水深值和结构物的距离值进行计算。
[0059]
进一步的，所述全站仪式影像三维激光扫描子系统还包括有项目坐标子系统，所述项目坐标子系统对大地坐标转换为现场大地坐标系，将多个测点进行平均计算得出结构物上下两点的偏移量，根据所测偏移量及测量的高差计算分析出竖直度的百分比。
[0060]
进一步的，所述多波束水下扫描成像子系统对的接收换能器根据发射换能器发射的波束，通过密集采样进行相位测量，并确定回波反射角，所述接收换能器通过测量每个ping的声波往返播时间计算水深值，其中，所述水深值具体计算流程如下：
[0061][0062][0063]
其中，所述表示水深值，所述表示波长，所述表示相位差，所述表示回波角度，所述表示接收换能器和发射换能器之间的距离，所述表示回波到达换能接收器的时间，所述表示水中声速，表示回波的往返距离 。
[0064]
进一步的，上述实施例采用创新性的检测方法，通过检测成果分析能定性和定量的分析山区高速深水区、高烈度区的桥梁高墩结构的水面以上墩身、水下墩身的变形、位移及竖直度，河床处墩桩结合部的缺损和冲刷情况，评价桥梁下部结构技术状况。克服了水下结构的变形状况(竖直度)和墩桩结合的河床处的冲刷及结构缺损状况等检测盲区结构的技术状况及性能是否存在不安全的的困扰，为制定针对性养护对策科学决策提供了有利的依据，保障高速公路桥梁的运营安全。
[0065]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测方法，其特征在于，包括以下步骤：s1. 通过全站仪式影像三维激光扫描对桥梁下部的水上结构的墩身变形状况进行扫描；s2. 通过多波束水下扫描成像对水下结构和河床断面进行扫描；s3. 建立项目坐标，对全站仪式影像三维激光扫描结果和多波束水下扫描成像扫描结果进行坐标统一；s4. 通过点云数据平面拟合方法拟合形成各结构成面拼接成立体三维结构图，该立体三维结构图作为评定标准，根据点云数据平面拟合方法测得的偏移量及测量的高差计算分析出竖直度的百分比；s5. 根据评定标准结合偏移量对桥体进行评价。2.如权利要求1所述的基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测方法，其特征在于，所述步骤s2，具体包括以下子步骤：s201. 接收换能器根据发射换能器发射的波束，通过密集采样进行相位测量，并确定回波反射角；s202. 接收换能器通过测量每个ping的声波往返播时间计算水深值；s203. 发射换能器发出声波遇到水底后被接收换能器接收，根据回波到达换能器的时间不同，对回波的相位差 进行测量记录，并利用相干法计算回波角度；s204. 根据条带覆盖获得区域内的平面位置和计算得到的水深值，进行水下成像。3.如权利要求2所述的基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测方法，其特征在于，所述步骤s204中，水深值具体计算流程如下：；；；其中，所述表示水深值，所述表示波长，所述表示相位差，所述表示回波角度，所述表示接收换能器和发射换能器之间的距离，所述表示回波到达换能接收器的时间，所述表示水中声速，表示回波的往返距离。4.如权利要求1所述的基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测方法，其特征在于，所述步骤s3中，建立项目的具体流程为：采用gps cgc2000建立项目坐标系统，分别建立6个控制点，分别设置于桥体两岸各两个、桥体中部左右两侧各一个。5.如权利要求1所述的基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测方法，其特征在于，所述步骤s4中，还包括对多波束原始数据进行数据处理，包括以下子步骤：s401. 将不同的原始数据转换为caris识别格式；s402. 根据作业现场的情况对声速剖面数据进行采集，将声速剖面数据文件导入测线文件，当数据合并时通过caris对水深进行改正；s403. 通过rtk进行潮位计算，再根据计算得到的rtk潮位数据对测量的水深值进行改正；
s404. 对数据分别进行进行横摇矫正、纵摇矫正、艏向矫正和误差分析。6.基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测系统，该系统基于权利要求1-5中任一项所述的基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测方法来实现，该系统包括全站仪式影像三维激光扫描子系统和多波束水下扫描成像子系统，其特征在于，所述系统根据全站仪式影像三维激光扫描子系统对桥梁下部结构的墩身变形状况进行检测；所述系统根据多波束水下扫描成像子系统对水下结构和河床断面进行检测；其中，所述系统根据全站仪记录三维点云数据，通过tbc进行统一坐标，并对桥墩下部结构墩身的变形状况进行分析；所述系统通过发射换能器阵列向水下河床发射宽扇形覆盖声波，接收换能器阵列对声波进行窄波束接收，并通过发射和接收的扇形区指向的正交性形成对水下结构物及河床地形的照射脚印；所述系统对照射脚印处理，并对水下结构物及河床地形的垂直面内的水下被测点的水深值和结构物的距离值进行计算。7.如权利要求6所述的基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测系统，其特征在于，所述全站仪式影像三维激光扫描子系统还包括有项目坐标子系统，所述项目坐标子系统对大地坐标转换为现场大地坐标系，将多个测点进行平均计算得出结构物上下两点的偏移量，根据所测偏移量及测量的高差计算分析出竖直度的百分比。8.如权利要求6所述的基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测系统，其特征在于，所述多波束水下扫描成像子系统对的接收换能器根据发射换能器发射的波束，通过密集采样进行相位测量，并确定回波反射角，所述接收换能器通过测量每个ping的声波往返播时间计算水深值，其中，所述水深值具体计算流程如下：；；；其中，所述表示水深值，所述表示波长，所述表示相位差，所述表示回波角度，所述表示接收换能器和发射换能器之间的距离，所述表示回波到达换能接收器的时间，所述表示水中声速，表示回波的往返距离。

技术总结
本发明公开了基于三维激光和多波束水下扫描的桥体检测方法及系统，涉及桥体养护检测领域，本发明通过三维激光+多波束水下扫描的检测成果分析能定性和定量的分析山区高速深水区、高烈度区的桥梁高墩结构的水面以上墩身、水下墩身的变形、位移及竖直度，河床处墩桩结合部的缺损和冲刷情况，评价桥梁下部结构技术状况。克服了水下结构的变形状况（竖直度）和墩桩结合的河床处的冲刷及结构缺损状况等检测盲区结构的技术状况及性能是否存在不安全的的困扰，为制定针对性养护对策科学决策提供了有利的依据，保障高速公路桥梁的运营安全。保障高速公路桥梁的运营安全。保障高速公路桥梁的运营安全。


技术研发人员：何小林 李平 付浩杰 吉军强 李本伟 宋恒扬 肖德仁 石伟 龚星荣 刘培
受保护的技术使用者：四川省公路规划勘察设计研究院有限公司
技术研发日：2023.08.14
技术公布日：2023/9/13