[發(fā)明專利]一種盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的可視化定量標(biāo)定及分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410408942.3
• 申請日: 2014-08-19
• 公開（公告）號: CN104156536B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石振明;石新棟;周駿;張英明;吳全立;姚占虎;趙小鵬;張亞果;王善高;管圣功;陳方偉;俞松波
• 申請（專利權(quán)）人: 中交隧道工程局有限公司;同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京風(fēng)雅頌專利代理有限公司11403
• 代理人: 李弘

1.一種盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的可視化定量標(biāo)定及分析方法，其特征是，通過攝像裝置進(jìn)行拍照成像，然后對所得圖像進(jìn)行分析處理，再與刀具原始三維模型進(jìn)行對比，得出刀具磨損情況，以便對需要更換的刀具進(jìn)行及時(shí)處理，具體操作步驟如下：

(1)盾構(gòu)機(jī)精密三維模型的構(gòu)造，其中：盾構(gòu)機(jī)精密三維模型的構(gòu)造依次包括構(gòu)建盾構(gòu)機(jī)模型的基礎(chǔ)框架和三維模型精細(xì)化處理兩個(gè)步驟；

(2)檢測影像數(shù)據(jù)的姿態(tài)解算，包括相機(jī)標(biāo)定、圖像采集和姿態(tài)解算三個(gè)步驟；其中，對于檢測系統(tǒng)的攝像裝置，通過標(biāo)定首先確定其內(nèi)參數(shù)和畸變參數(shù)，再對采集的原始影像進(jìn)行畸變校正，恢復(fù)攝影時(shí)刻的光線約束關(guān)系，最后對攝像裝置姿態(tài)和攝像裝置在世界坐標(biāo)系中的位置進(jìn)行解算；

(3)空間場景結(jié)構(gòu)恢復(fù)，包括圖像處理、定向操作和刀具磨損定量檢測三個(gè)步驟，是基于OpenSceneGraph(OSG)技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維可視化平臺開發(fā)，測量后的影像要素以O(shè)SG圖像對象的形式顯示在三維平臺中，并對磨損信息進(jìn)行數(shù)值統(tǒng)計(jì)，生成并輸出統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)圖表。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的可視化定量標(biāo)定及分析方法，其特征是，在步驟(1)中，構(gòu)建盾構(gòu)機(jī)模型的基礎(chǔ)框架是利用廠方提供的CAD工程圖紙，在3dmax三維模型制作平臺下，完成基于工程圖紙的初始三維模型的制作，模型制作采用構(gòu)造立體幾何法(CSG)的模型構(gòu)造方式，完成各個(gè)確定部件和盾構(gòu)機(jī)刀盤骨架的搭建，然后進(jìn)行組裝操作。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的可視化定量標(biāo)定及分析方法，其特征是，在步驟(1)中，三維模型精細(xì)化處理是，采用三維激光掃描儀，對完成組裝調(diào)試的盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行全方位的掃描，點(diǎn)云掃描完成后，需要對不同站的點(diǎn)云進(jìn)行濾波、拼接、分割、特征提取操作，使不同站采集的點(diǎn)云歸一化到統(tǒng)一的坐標(biāo)系下，并通過點(diǎn)云旋轉(zhuǎn)、平移，使其與模型坐標(biāo)系得到統(tǒng)一，進(jìn)而提取點(diǎn)云中的特征參數(shù)值，最后借助點(diǎn)云導(dǎo)入插件，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入到建模軟件之中，對初始三維模型進(jìn)行修改和構(gòu)建，完成精密三維模型的構(gòu)建工作。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的可視化定量標(biāo)定及分析方法，其特征是，在步驟(2)中，相機(jī)標(biāo)定是攝影測量工作全過程的重要組成部分，可以通過對攝取的影像進(jìn)行畸變校正，消除由相機(jī)鏡頭畸變產(chǎn)生的像點(diǎn)坐標(biāo)誤差；具體為，在四個(gè)設(shè)站對室內(nèi)高精度三維控制場進(jìn)行攝影，使用直接線性算法(DLT)求解中心構(gòu)想方程求得內(nèi)參數(shù)矩陣K，其中：中心構(gòu)想方程指的是共線方程及DLT方程，再以求得的參數(shù)為初始值，考慮畸變因素，采用最小二乘法求解畸變參數(shù)k_c。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的可視化定量標(biāo)定及分析方法，其特征是，在步驟(2)中，對于圖像采集是，將攝像裝置固定到推進(jìn)裝置的前端，推進(jìn)裝置通過法蘭與球閥對接，將攝像裝置推送到盾構(gòu)機(jī)氣泡艙室前壁外，對施工中盾構(gòu)機(jī)刀具拍攝影像。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或4或5所述的一種盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的可視化定量標(biāo)定及分析方法，其特征是，在步驟(2)中，對于姿態(tài)解算是，采用P4P算法和單像空間后方交會(Resection)的聯(lián)合定向解算方案，實(shí)現(xiàn)精密姿態(tài)解算；其中，P4P算法是基于任意2D點(diǎn)的可視角度和對應(yīng)3D點(diǎn)的角度一樣，所實(shí)現(xiàn)的單像線性算法；單像空間后方交會(Resection)，是以單張相片為基礎(chǔ)，利用至少三個(gè)已知控制點(diǎn)坐標(biāo)和三個(gè)影像坐標(biāo)，根據(jù)共線方程求解外方位元素的方法。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的可視化定量標(biāo)定及分析方法，其特征是，在步驟(3)中，圖像處理的目標(biāo)是從目標(biāo)影像中提取出磨損后的邊緣信息，需要對圖像依次進(jìn)行銳化、直方圖均衡、閾值分割和Canny邊緣檢測；其中，銳化處理的目標(biāo)是突出圖像中的某些細(xì)節(jié)或者增強(qiáng)被模糊了的特征；直方圖均衡對圖像變換后，使所有灰度層上的像素分布概率密度為1；閾值分割利用邊緣存在的灰度等級的躍遷，來優(yōu)化邊緣信息提取效果；Canny邊緣檢測利用二維高斯函數(shù)對圖像進(jìn)行平滑，再計(jì)算函數(shù)梯度的幅值和方向，以非極大值抑制排除非邊緣像素，最后根據(jù)滯后閾值確定刀具邊緣。