[發(fā)明專利]基于激光點云的隧道超欠挖檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610788552.2
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN106401643B
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發(fā)明（設計）人: 許磊;王長進;趙海;李亞輝;石德斌;譚兆;林勇威;康占龍;李群科;張志剛
• 申請（專利權）人: 中國鐵路設計集團有限公司
• 主分類號: E21F17/00
• 分類號: E21F17/00
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 陳昌娟

1.一種基于激光點云的隧道超欠挖檢測方法，其特征在于,包括以下步驟：

S1、根據(jù)隧道線路的中線資料，設定斷面點云厚度值和寬度值，進行隧道斷面點云的自動分割；

S2、將分割的斷面點云投影至XOY平面上，采用凸包提取方法，進行斷面點云輪廓線的自動提取，得到實測斷面線；

S3、利用隧道設計斷面,計算其特征點至所述實測斷面線的距離及方位，進行超欠挖的自動檢測，

步驟S1中所述的隧道斷面點云的自動分割包括以下步驟：

1)線路橫斷面計算：

利用隧道設計的中線資料，采用等間隔或在指定里程處，計算設計中線對應里程的平面坐標；根據(jù)線路設計的縱斷面資料，計算所述中線對應里程的隧道中心高程值，進而獲得斷面點處隧道中心的三維坐標值，如需要計算斷面處的軌道中心三維坐標值，則利用軌道與隧道中線設計高度值，將隧道中心高程值改正至軌道頂部高度上；

利用相鄰隧道斷面點的平面坐標值，設定一定的斷面線寬度，計算垂直于相鄰斷面點連線的橫斷面線，計算獲得的橫斷面線與相鄰斷面點連線的法線向量一致，該橫斷面線在線路中線的平面投影點位于線路斷面點上；

2)隧道橫斷面點云的分割：

利用步驟1)獲得的所述橫斷面線，通過遍歷所有激光點云，判斷激光點至斷面線的縱向距離以及至斷面線的正交距離；根據(jù)設定的斷面點云厚度與斷面線的2個端點A和B進行計算，如果點Pi至斷面線的縱向距離小于斷面線AB的長度，且Pi至斷面線的正交距離小于斷面點云厚度，則Pi屬于此斷面點云，利用公式(1)完成隧道斷面點云分割，

式中：

Pi：第i個激光點；

Section_k、Section_other：第k個斷面的點云、其它斷面點云；

Long_Pi、Ortho_Pi：第i個激光點至斷面線的縱向距離、正交距離，單位為米；

Length_AB：斷面線AB的長度值，單位為米；

Depth：斷面點云厚度，單位為米。

2.根據(jù)權利要求1所述的隧道超欠挖檢測方法，其特征在于：在步驟2)中，首先對隧道點云構建KD tree樹形結構；以斷面線AB的中點O為圓心，進行半徑R的快速搜索，再利用搜索的點云進行矩形分割，所述半徑R根據(jù)公式(2)進行計算：

Length_AB²+Section_depth²+δ²＝R² (2)

式中：

Length_AB：斷面線AB的長度值，單位為米；

Section_depth：斷面厚度值，單位為米；

δ：半徑閾值，單位為米。

3.根據(jù)權利要求1所述的隧道超欠挖檢測方法，其特征在于：步驟S2中所述的斷面點云輪廓線的自動提取包括以下步驟：

1)斷面點云展開：

首先，通過遍歷斷面點云，計算激光點至隧道橫斷面線的正交距離，此正交距離值作為點云投影后的X軸的坐標值，在計算正交距離時，忽略激光點和橫斷面線的高程值，僅計算其二維平面距離；其次，通過遍歷斷面點云，計算激光點與隧道設計中心或軌道面位置的高程差值，此高程差值作為點云投影后的Y軸坐標值；最后，將激光點云投影展開的正交距離和高程差值進行結合，得到斷面點云在XOY平面上的投影坐標值；

2)斷面結構線提取：

首先，依據(jù)斷面點云投影后的X坐標值，將斷面點進行排序；其次，遍歷排序后的斷面點云，如果此斷面點與之前兩個點的方向不是逆時針，則判斷其為輪廓點，移除最后一個點，繼續(xù)進行下一個點的判斷；最后，將分別獲取的斷面輪廓線頂部和底部的輪廓線進行連接，得到隧道實測斷面線。

4.根據(jù)權利要求3所述的隧道超欠挖檢測方法，其特征在于：在步驟2)中，根據(jù)鄰域點的距離統(tǒng)計分析，設定判斷準則進行“離群點”的判斷，剔除孤立噪聲點。