本发明涉及数据处理，尤其涉及一种用于灌注桩成孔质量检测的三维成像方法、装置及系统。
背景技术：
1、灌注桩是一种就位成孔，灌注混凝土或钢筋混凝土而制成的桩。成孔是灌注桩施工的一个环节，由于作业是在地下或者水下，质量控制难度大，成孔质量的好坏直接影响混凝土浇筑后的成桩质量，桩孔径偏小则使成桩的摩擦阻力、桩尖端承力减少，整桩的承载能力降低，桩孔偏斜则在一定程度上改变了桩竖向承载受力特性，削弱了桩基承载力的有效发挥，还易产生吊放钢筋笼困难、塌孔、钢筋保护层厚度不足等问题，因此，灌注桩在混凝土浇筑前进行成孔质量检测对于控制成桩质量显得尤为重要。
2、目前灌注桩成孔质量检测的主流方法是采用超声探头下放至成孔中，检测沉渣厚度或者到孔壁的距离，例如专利文本cn106545329b公开了一种钻孔桩成孔质量检测装置，它的成孔检测主机的流体密度信号输入接口、超声通信接口、三维姿态接口依次通过收放线盘的电缆转节点和电缆总线分别连接流体密度传感器、超声发射接收传感器和三维姿态传感器；电缆总线缠绕在收放线盘上由收放线盘控制收放线，电缆总线在深度计数滑轮上进行收放，深度计数滑轮对电缆总线的收放线长度进行记录，深度计数滑轮的深度反馈信号输出端连接成孔检测主机；gps传感器位于探头的正上方，gps传感器的信号输出端连接成孔检测主机的gps信号输入端。可对钻孔桩成孔的孔径、孔深、垂直度、全孔泥浆密度、沉渣厚度、钻孔倾斜方向和孔口坐标等参数进行检测。该方法中，在探头的四个侧面安装超声波发射接收器，能够测量探头到孔壁的距离，然而该方法只能够实现四个方位的检测，四个测点的信息独立组成四条“孔径-深度”曲线，四个测点的信息无法生成桩孔的三维图像，也就难以准确提取类似垂直度这样的、需要桩孔整体数据才能确定的质量参数。另外，四个测点的数据是相对独立的，只能实现各个测点方位检测结果的二维呈现，使得灌注桩成孔质量检测不够全面，另外，探头在下放过程中可能出现倾斜、摇摆等情况，从而影响灌注桩成孔质量检测的可靠性。
3、专利文本cn118095108b公开了一种钻孔灌注桩内三维模型重建方法、系统及设备，通过获取灌注桩内的图像数据和声纳数据，使用所述图像数据对灌注桩内进行三维重建得到基础三维模型，使用所述声纳数据在所述基础三维模型中计算出若干的遮挡区域，对所述基础三维模型在遮挡区域进行补全后，输出补全三维模型。该方法虽然能够对灌注桩成孔进行三维重建，但是需要获得灌注桩内的图像数据和声纳数据，使得探头需要悬挂图像采集装置、声纳设备等，导致探头体积增大，生产成本高。
技术实现思路
1、本发明提供了一种用于灌注桩成孔质量检测的三维成像方法、装置及系统，能够对灌注桩成孔进行三维成像，且成像可靠性高，并能降低生产成本。
2、一种用于灌注桩成孔质量检测的三维成像方法，包括：
3、将探头下放至成孔中，采集探头自身的角度信息、下放高度信息以及探头到孔壁至少五个方向上对应的至少五个测点的距离信息；
4、根据所述角度信息，判断探头是否发生倾斜；
5、若探头未发生倾斜，则根据所述下放高度信息、距离信息和角度信息，计算获得孔壁的第一三维坐标数据，根据所述第一三维坐标数据构建成孔的三维点云数据；
6、若探头发生倾斜，根据所述下放高度信息、距离信息和角度信息，计算测点在倾斜平面上的二维坐标，对所述二维坐标进行拟合、修正、投影和整合，获得孔壁的第二三维坐标数据，根据所述第二三维坐标数据构建成孔的三维点云数据。
7、进一步地，所述角度信息包括探头相对于水平面的俯仰角，当所述俯仰角为0时，确定所述探头未发生倾斜，当所述俯仰角不为0时，确定所述探头发生倾斜。
8、进一步地，所述角度信息还包括探头在水平方向上的偏转角；
9、根据所述下放高度信息、距离信息和角度信息，计算获得孔壁的第一三维坐标数据，包括：
10、以探头作为参考点，在水平面建立x-y坐标系；
11、将其中一个测点到探头的连线与所述x-y坐标系中的y轴重合，利用三角函数，根据探头在水平方向上的偏转角，计算孔壁各个方向上测点的x坐标和y坐标；
12、将下放高度作为z坐标，与各个测点的x坐标和y坐标进行组合，获得在该下放高度下各个测点的三维坐标；
13、将多个下放高度下的各个测点的三维坐标作为所述孔壁的第一三维坐标数据。
14、进一步地，探头发生倾斜，根据所述下放高度信息、距离信息和角度信息，计算测点在倾斜平面上的二维坐标，对所述二维坐标进行拟合、修正、投影和整合，获得孔壁的第二三维坐标数据，包括：
15、以探头作为初始参考点，各个方向上测点所在的倾斜平面建立二维坐标系，根据所述距离信息和角度信息，利用三角函数关系计算获得各个测点的二维坐标；
16、利用最小二乘法将所述倾斜平面上的各个测点拟合为一个椭圆；
17、根据所述椭圆的参数和角度信息，对所述初始参考点进行修正，获得修正参考点坐标；
18、根据所述修正参考点坐标，对所述二维坐标进行修正，获得修正二维坐标；
19、将修正二维坐标投影至水平面，获得投影二维坐标；
20、将下放高度作为z坐标，与所述投影二维坐标进行组合获得该下放高度下各个测点的投影三维坐标；
21、将多个下放高度下的各个测点的投影三维坐标作为所述孔壁的第二三维坐标数据。
22、进一步地，根据所述椭圆的参数和角度信息，对所述初始参考点进行修正，获得修正参考点坐标，包括：
23、根据探头相对于水平面的俯仰角，计算所述初始参考点到实际参考点的线段的长度；
24、根据所述椭圆获得所述椭圆长轴的直线方程；
25、根据所述椭圆长轴的直线方程，计算获得椭圆长轴与水平x轴的夹角；
26、根据所述线段的长度和所述夹角，基于三角函数进行计算获得所述修正参考点坐标。
27、进一步地，将所述二维坐标加上修正参考点坐标，获得修正二维坐标。
28、进一步地，将修正二维坐标投影至水平面，获得投影二维坐标，包括：
29、在所述椭圆平面内，过测点做平行于所述椭圆的直线；
30、将修正参考点投影至所述直线上，获得投影参考点，并计算投影参考点坐标；
31、根据所述投影参考点坐标，计算获得测点的投影二维坐标。
32、进一步地，构建成孔的三维点云数据之后，还包括：
33、对所述三维点云数据进行曲面重建和曲面优化并输出显示。
34、一种用于灌注桩成孔质量检测的三维成像装置，包括：
35、采集模块，用于将探头下放至成孔中，采集探头自身的角度信息、下放高度信息以及探头到孔壁至少五个方向上对应的至少五个测点的距离信息；
36、判断模块，用于根据所述角度信息，判断探头是否发生倾斜；
37、第一点云生成模块，用于当探头未发生倾斜时，根据所述下放高度信息、距离信息和角度信息，计算获得孔壁的第一三维坐标数据，根据所述第一三维坐标数据构建成孔的三维点云数据；
38、第二点云生成模块，用于当探头发生倾斜，根据所述下放高度信息、距离信息和角度信息，计算测点在倾斜平面上的二维坐标，对所述二维坐标进行拟合、修正、投影和整合，获得孔壁的第二三维坐标数据，根据所述第二三维坐标数据构建成孔的三维点云数据。
39、进一步地，所述角度信息包括探头相对于水平面的俯仰角，所述判断模块判断当所述俯仰角为0时，确定所述探头未发生倾斜，当所述俯仰角不为0时，确定所述探头发生倾斜。
40、进一步地，所述角度信息还包括探头在水平方向上的偏转角；
41、所述第一点云生成模块根据所述下放高度信息、距离信息和角度信息，计算获得孔壁的第一三维坐标数据，包括：
42、以探头作为参考点，在水平面建立x-y坐标系；
43、将其中一个测点到探头的连线与所述x-y坐标系中的y轴重合，利用三角函数，根据探头在水平方向上的偏转角，计算孔壁各个方向上测点的x坐标和y坐标；
44、将下放高度作为z坐标，与各个测点的x坐标和y坐标进行组合，获得在该下放高度下各个测点的三维坐标；
45、将多个下放高度下的各个测点的三维坐标作为所述孔壁的第一三维坐标数据。
46、进一步地，探头发生倾斜时，所述第二点云生成模块根据所述下放高度信息、距离信息和角度信息，计算测点在倾斜平面上的二维坐标，对所述二维坐标进行拟合、修正、投影和整合，获得孔壁的第二三维坐标数据，包括：
47、以探头作为初始参考点，各个方向上测点所在的倾斜平面建立二维坐标系，根据所述距离信息和角度信息，利用三角函数关系计算获得各个测点的二维坐标；
48、利用最小二乘法将所述倾斜平面上的各个测点拟合为一个椭圆；
49、根据所述椭圆的参数和角度信息，对所述初始参考点进行修正，获得修正参考点坐标；
50、根据所述修正参考点坐标，对所述二维坐标进行修正，获得修正二维坐标；
51、将修正二维坐标投影至水平面，获得投影二维坐标；
52、将下放高度作为z坐标，与所述投影二维坐标进行组合获得该下放高度下各个测点的投影三维坐标；
53、将多个下放高度下的各个测点的投影三维坐标作为所述孔壁的第二三维坐标数据。
54、进一步地，所述第二点云生成模块根据所述椭圆的参数和角度信息，对所述初始参考点进行修正，获得修正参考点坐标，包括：
55、根据探头相对于水平面的俯仰角，计算所述初始参考点到实际参考点的线段的长度；
56、根据所述椭圆获得所述椭圆长轴的直线方程；
57、根据所述椭圆长轴的直线方程，计算获得椭圆长轴与水平x轴的夹角；
58、根据所述线段的长度和所述夹角，基于三角函数进行计算获得所述修正参考点坐标。
59、进一步地，将所述二维坐标加上修正参考点坐标，获得修正二维坐标。
60、进一步地，所述第二点云生成模块将修正二维坐标投影至水平面，获得投影二维坐标，包括：
61、在所述椭圆平面内，过测点做平行于所述椭圆的直线；
62、将修正参考点投影至所述直线上，获得投影参考点，并计算投影参考点坐标；
63、根据所述投影参考点坐标，计算获得测点的投影二维坐标。
64、进一步地，所述装置还包括优化显示模块，用于在构建成孔的三维点云数据之后，对所述三维点云数据进行曲面重建和曲面优化并输出显示。
65、一种用于灌注桩成孔质量检测的三维成像系统，包括处理器、存储装置以及探头，所述存储装置存储有多条指令，所述处理器用于读取所述指令并执行上述的方法，所述探头设置有惯性测量单元和至少五组超声发射接收传感器，所述至少五组超声发射接收传感器均匀分布于所述探头的周面上且位于同一高度。
66、本发明提供的用于灌注桩成孔质量检测的三维成像方法、装置及系统，至少包括如下有益效果：
67、（1）通过超声采集的成孔孔壁上测点的距离以及探头自身的角度信息，即可对成孔的孔壁进行三维成像，相对于二维成像，孔壁的三维成像包含更多的信息，从而可以获得更多关于成孔质量检测的参数，提高成孔质量检测的可靠性；
68、（2）成像过程中充分考虑到探头自身的摇摆和倾斜，通过对姿态的补偿，提高成像的准确性，进而提高成孔质量检测的精度；
69、（3）只需通过超声测距设备和角度检测装置即可实现成孔的三维成像，有效降低生产成本。
1.一种用于灌注桩成孔质量检测的三维成像方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述角度信息包括探头相对于水平面的俯仰角，当所述俯仰角为0时，确定所述探头未发生倾斜，当所述俯仰角不为0时，确定所述探头发生倾斜。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述角度信息还包括探头在水平方向上的偏转角；
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，探头发生倾斜，根据所述下放高度信息、距离信息和角度信息，计算测点在倾斜平面上的二维坐标，对所述二维坐标进行拟合、修正、投影和整合，获得孔壁的第二三维坐标数据，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述椭圆的参数和角度信息，对所述初始参考点进行修正，获得修正参考点坐标，包括：
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，将所述二维坐标加上修正参考点坐标，获得修正二维坐标。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将修正二维坐标投影至水平面，获得投影二维坐标，包括：
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，构建成孔的三维点云数据之后，还包括：
9.一种用于灌注桩成孔质量检测的三维成像装置，其特征在于，包括：
10.一种用于灌注桩成孔质量检测的三维成像系统，其特征在于，包括处理器、存储装置以及探头，所述存储装置存储有多条指令，所述处理器用于读取所述指令并执行如权利要求1-8任一所述的方法，所述探头设置有惯性测量单元和至少五组超声发射接收传感器，所述至少五组超声发射接收传感器均匀分布于所述探头的周面上且位于同一高度。
