1.一种基于激光点云的靶向空间位移监测方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、设置监测方案,在结构物上布置强反射圆形标靶;S2、利用激光扫描设备向结构发射点云,基于反射强度特征识别并提取标靶点云,提取标靶点云过程中通过增强反射点的光强判别,确保提取的点云在靶标内;S3、对标靶的点云数据进行误差建模,基于内接圆拟合,计算点云在空间分布上的均匀性;S4、基于误差传播理论,计算满足测量精度要求所需的有效采集周期;对符合条件的点云样本求取平均圆心坐标,作为该次测量的基准点坐标;在同一监测周期内,对基准点进行多次重复测量;将所有有效测量的基准点坐标进行加权平均,得到最终的监测坐标值;S5、将步骤S4得到的监测坐标值与历史监测数据进行比对,获得结构物在不同时段的空间位移变化,形成位移时程序列;步骤S3具体包括以下步骤:S31、根据标靶区域拟合平面,将所有采样点投影到拟合的平面内,采用内接圆拟合方法对有效点云进行拟合,设拟合圆的方程为 ,其中 为拟合圆的圆心坐标, 表示拟合圆的半径;通过最小二乘法对拟合圆进行优化,将拟合圆的半径 与已知标靶半径 进行比对,若满足 ,则认为拟合圆有效,若不满足,则返回步骤S2重新进行识别提取;S32、对标靶内的点进行空间均匀性检验,包括径向分布一致性检验与象限均匀性检验;若径向分布一致性与象限均匀性的检验结果均满足要求,则认为标靶内的点的空间均匀性满足要求;若不满足,则返回步骤S2重新进行识别提取。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光点云的靶向空间位移监测方法,其特征在于,步骤S2具体包括以下步骤:S21、利用激光扫描设备向结构发射点云,获取返回信号的三维坐标 及其对应的反射强度 ;S22、通过对点云反射强度进行判别,提取标靶区域的有效点云。
3.根据权利要求2所述的一种基于激光点云的靶向空间位移监测方法,其特征在于,步骤S22具体包括:设定强度阈值 , ,其中 表示采样点 的平均值, 表示采样点 的方差, 表示经验系数;若 ,则该点属于有效点云集合 。
4.根据权利要求3所述的一种基于激光点云的靶向空间位移监测方法,其特征在于,步骤S32中所述的径向分布一致性检验包括以下步骤:S321、假设点在圆内均匀分布,其径向距离理论分布为: ,其中 表示为理论分布函数, 为某点到拟合圆圆心的径向距离, 为检验半径, 表示圆半径;S322、采用Kolmogorov–Smirnov 检验对分布进行检验: ,其中 表示Kolmogorov–Smirnov统计量, 表示上确界函数, 为样本点的总数, 为指示函数, 表示第i个样本点到圆心的实际观测半径,若Kolmogorov–Smirnov统计量 满足 ,则认为径向分布与圆内均匀分布差异不显著,径向分布一致性满足要求;其中 是 Kolmogorov–Smirnov检验在给定 和 下允许的最大容差。
5. 根据权利要求4所述的一种基于激光点云的靶向空间位移监测方法,其特征在于,步骤S32中所述的象限均匀检验包括:基于四象限将拟合圆划分子域,其中划分的四个子域面积相等,统计不同子域内的点数 ,计算不同子域的平均点数 ,若满足 ,则认为象限均匀性的检验结果满足要求, 表示 子域内的点数。
6.根据权利要求5所述的一种基于激光点云的靶向空间位移监测方法,其特征在于,步骤S4具体包括以下步骤:S41、基于监测目标精度与激光点云精度,采用误差传播理论计算采集周期次数 : ,其中 表示激光点云的仪器测量标准差, 表示监测目标的标准差;S42、统计有效点集合 的坐标平均值,作为 次有效采集周期下的靶标坐标 ;S43、计算 次有效采集周期下靶标坐标 平均值 ,将其作为在监测目标精度要求下的靶标坐标。