优秀系统工程毕业论文精选篇一
第 1 章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
近年来，随着三维激光扫描技术的不断发展和进步，三维激光扫描技术越来越多的应用到生产实践领域，在逆向三维模型表面重建、工程质量检测、小范围快速地形图扫描等领域得到了广泛的应用[1]。近年来我国新建了一大批的钢结构建筑物，如国家会议中心、鸟巢、国家体育馆等，在钢结构建筑的施工过程中，安装质量检测以及变形监测是其中的重要环节，快速正确评估钢架的拼接质量以及全面系统的掌握建筑物的变形趋势是施工安全、高效、高质量的需求。钢结构建筑的施工特点在于实现钢结构构件的对接安装，对接节点是构件间的焊接点与受力点，容易变形和扭曲[2]。所以施工中的对接安装检测与支撑结构卸载之后的变形监测非常重要，是施工安全的重要保证。在钢结构建筑建设日新月异的同时，钢结构建筑体量大、拼接构件多、设计复杂的特点给施工过程中的质量检测与健康监测带来了很大的困难。传统的测量手段检测钢结构焊接质量主要通过全站仪观测部分钢结构特征部位，通过与设计数据的比较检验钢件的焊接质量，数据质量受作业人员经验影响较大、检测密度不足，难以实现快速全面的安装质量检测与健康监测。所以近年来许多先进的技术手段被发展和应用于钢结构建筑施工安装质量检测和变形监测领域。三维激光扫描测量技术是近年来工程技术领域的一项重大革新方法，具有高效、快捷、数据密度大的优点，能全面快速获取监测目标的特征信息，具有速度快、精度高、效率好、外业数据采集简单等优势。是一种非常具有吸引力的替代传统的测量技术的方法[3]。对三维激光扫描技术工程应用研究是近年来研究的重点。
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1.2 相关内容的国内外研究现状
随着三维激光扫描技术的迅猛发展，在工程应用领域的运用正在加强，给传统测绘方法监测困难或者难以全面分析的领域带来了一场新的革命。20 世纪 90 年代地面激光雷达开始大规模应用于工程领域中（Fr hlich和 Mettenleiter，2004)[4]，此后激光雷达被安置在汽车、火车等移动平台上，支持地面移动测量（Barber 等，2008)[5]。英国伦敦大学高等空间分析中心（CASA)的研究人员使用机载三维激光扫描数据结合地面矢量数据，生成了伦敦市的立体三维城市模型，这个模型被用于伦敦地区的洪水淹没分析以及交通污染物扩散研究（Batty 等，2000)[6]。工程技术人员使用三维激光扫描测量技术监测危岩体滑坡变形，实验证明这种监测技术的精度非常高，岩体变形及变形速率的监测结果精确，验证了激光扫描监测技术的高效、高精度的特点(AAbellán等，2006)[7]。国内专家学者们在地面激光雷达工程领域的应用上也进行了广泛的探索。三维激光扫描在大坝监测、滑坡监测、建筑测绘等方向均有比较成功的案例。地面激光雷达不仅在精密的三山南桥桥梁变形监测中成功应用，获得了高精度的监测数据（熊友谊等，2012）[8]。而且在大型钢结构建筑施工安全监测与安装质量检测中也成功使用，获得了非常良好的效果（王晏民等，2013）[9]。许多专家学者对激光雷达点云的数据处理的一些关键性技术与进行研究，面向建筑测绘的地面激光雷达数据分割与特征面片识别等关键性技术方法得到了系统的探索（吕德亮，2012 和梁玉斌，2013）[10-11]。基于地面激光雷达数据的建筑物变形监测算法与工艺流程得到了大量的试验（唐琨等，2013）[12]。专家学者们对激光雷达工程应用的关键技术进行了探索，但是并没有形成系统的数据处理方式，对关键技术的研究没有组合出完善的工作步骤。
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第 2 章 钢结构对接安装检测
2.1 传统安装检测方法
以国家会议中心展览大厅安装工程为例，展览大厅的结构为双层平行桁架体系，展览大厅的结构安装采用地面拼接、整体提升的施工方法。采用的安装检测手法综合运用多种检测手段，包括精密水准测量，控制测量，精密钢尺测量，经纬仪测角度，挠度仪测挠度等来完成整体的安装检测工作，监测钢桁架提升情况。监测的内容主要包括：
1.试提升时桁架变形的测量与整体提升过程中各点的监控，锁定所有千斤顶之后，测量桁架上下弦的位移和垂偏变化情况，和提升前的坐标对比。检测方法主要为提升到设计标高后，对桁架的接口进行观测，监测桁架的整体变形情况。
2.桁架落千斤顶（卸载）前后测量控制：采用高精度全站仪对其进行三维坐标校正测量[18]。
传统测绘方法在解决钢结构建筑安装过程中，多种技术手段协同合作，对每种检测项目都设计了不同的检测方案，程序复杂，外业工作量大，且其中涉及的接触式测量容易带来人为误差干扰。
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2.2 地面激光雷达安装检测
钢结构建筑安装检测的主要工作内容为提供各个端口角点的三维坐标，将数据与设计坐标进行比对分析，得到检测结果。地面激光雷达在测量中快速、高效，外业数据采集速度快、过程简单，人为干扰因素比较小，能快速采集大量数据，检测密度大，信息量丰富。地面激光雷达在安装检测中有许多的工程案例，在国家体育馆（折扇）的钢结构滑移测量、国家体育场（鸟巢）的安装检测、天津西站钢结构屋顶安装检测等众多工程项目中成功的应用三维激光扫描测量技术完成了工程要求，其中国家体育场安装检测项目—特大异型工程精密测量与重构技术及应用获得 2010 年国家科技进步二等奖。地面激光雷达扫描数据精度很高，但是不能直接量测点云数据作为精密工程安装检测的数据，不仅很难精确的获得端口角点的坐标，且数据精度为地面激光雷达单点定位精度，不符合精度要求。但是对接安装的钢结构端口由平面构成，对点云数据进行模型化计算，获得五个端口面的方程之后，将平面的交点作为检测目标特征点。不仅在计算上比较方便，而且计算出的特征点精度高于单点定位精度，满足工程的精度要求。
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第 3 章 钢结构建筑变形监测.....18
3.1 变形监测的精度要求........ 18
3.2 特征变形监测方法..... 19
3.3 整体变形监测方法..... 23
3.4 本章小结....... 27
第 4 章 软件系统的设计与实现........28
4.1 系统总体设计...... 28
4.2 开发工具....... 29
4.3 系统的设计实现与功能介绍... 30
4.4 几种常用软件对比...... 37
4.5 本章小结....... 37
第 5 章 工程案例...........38
5.1 国家体育场安装检测项目....... 38
5.1.1 项目背景与内容......... 38
5.1.2 安装检测内容...... 38
5.2 天津西站屋顶钢结构安装检测与卸载变形监测...... 48
5.3 本章小结........ 58
第 5 章 工程案例
5.1 国家体育场安装检测项目
奥运鸟巢：国家体育场为奥运会的主会场，外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共有 24 根桁架柱[58]。建筑顶面呈鞍形，长轴为 332.3 米，短轴为 296.4 米，最高点高度为 68.5 米，最低点高度为 42.8 米。鸟巢安装测量的主要内容为以下两个方面：
1．钢结构主结构安装完成，卸载前对钢结构屋顶结构（包括桁架柱内柱下弦杆（含）以上部分）进行全面的整体测量，分区块提供屋顶结构的实物数据，并给出与设计理论值的偏差。
2．主结构卸载后，顶面及肩部次结构安装前，结钢结构屋顶结构以及肩部次结构牛腿进行全面的整体测量；分区块提供屋顶结构的实物数据，以及主桁架所带牛腿、肩部次结构牛腿的三维坐标值。
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结论
论文的完成过程结合实际的工作项目，以外业采集的数据为依托，利用现有的L&P_3D v1.0 框架，开发完成钢结构点云数据安装检测和质量监测处理系统，实现了包括自动化提取端口角点坐标、平面拟合、交互式提取端口角点坐标、偏差分析、基于Hausdorff 距离的点到点直接比较、基于点对网格空间距离的比较等多种算法，论文的工作和成果体现在以下几个方面：
(1) 研究了提取端口点云的特征角点算法。通过点云数据划分、邻域搜索、主成分分析(PCA)等方法求出每个点的法向量大小与方向作为点的属性信息，通过对属性信息的聚类汇总将点云数据进行分割，对每个特征平面进行重建求出每个平面的方程，自动提取出端口的特征角点坐标，这种快速求取端口角点坐标的方法可以进一步的加快数据处理的过程。交互式提取每个端口平面的点云，对框选出的点云数据进行特征平面重建，根据平面方程在窗口中显示平面，验证计算结果的准确性，当端口的五个面全部重建完毕之后，进行平面求交运算，求出特征角点坐标，将计算结果在属性窗口中显示出来方便存储并且在整体点云数据中标亮显示，验证计算结果的准确性。
(2) 研究了对地面激光雷达在对接安装检测方向的应用方法，利用高精度的地面激光雷达采集钢结构建筑施工过程中的数据，从数据采集到处理的全部过程都进行了详细的说明，通过开发的安装质量检测与变形监测软件系统对数据进行了高效的处理，提取出需要的数据信息，绘制出表格和图形直观的展示出来，对提高施工质量控制效率具有积极的意义。
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参考文献(略)
优秀系统工程毕业论文精选篇二
第 1 章 绪 论
1.1 研究背景
在我国建设小康社会和构建和谐稳定社会的进程中，城市安全是人们最关心的问题之一，各级政府应坚持求发展、求稳定、求和谐、
