[發明專利]一種基于激光點云的隧道超欠挖數值計算方法

有效

• 申請號: 201810768199.0
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN108871268B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 梁曉東;吳勇生;陳露;劉正興;王忠文
• 申請（專利權）人: 湖南聯智科技股份有限公司
• 主分類號: G01C7/06
• 分類號: G01C7/06
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 周曉艷;劉伊旸

本發明提供一種基于激光點云的隧道超欠挖數值計算方法，包括以下步驟：獲取隧道斷面輪廓的設計圖，并建立平面坐標系；計算各圓弧段的圓心坐標、半徑和起始的坐標方位角；獲取隧道斷面輪廓的激光點云數據，并將激光點云數據轉換至平面坐標系中；計算出各激光點云數據的坐標方位角，并獲得該激光云數據所在圓弧段，通過獨特表達式計算出該激光點云數據的超欠挖數值。本發明計算過程精簡，能夠快速獲得結果；能夠準確地獲取該激光云數據所處的位置和準確的超欠挖數值，為隧道施工質量提供有效保障。

背景技術

在隧道施工和運營階段，隧道變形監測都發揮重要作用。一方面，隧道變形監測是隧道信息化施工的重要組成部分，是反饋圍巖和結構動態變化趨勢、優化支護參數、保證施工安全的重要手段。另一方面，隧道變形監測也是隧道健康監測的重要組成部分，對于實時評估隧道結構的安全狀況，及時實施安全預警，最大限度延長隧道的使用年限具有重要作用。隧道超欠挖控制是隧道施工監控量測的重要內容，如果超挖嚴重增大了開挖面積會使隧道掌子面穩定性下降，容易導致隧道失穩，而出現欠挖會使隧道襯砌厚度達不到設計要求，留下質量安全隱患。因此，隧道開挖情況控制也是保障隧道施工安全，確保隧道施工質量的重要舉措。

傳統的隧道斷面超欠挖測量，主要使用全站儀、斷面儀等測量儀器進行逐點、逐斷面的測量。這種測量方法存在以下缺點：1)操作繁復、耗時費力，人為因素對量測精度的影響較大；2)環境復雜，不良因素眾多，測量的可靠度和靈敏度不高；3)測量點位有限，很難準確反映整個斷面的變形狀態。

李海波等發表了《基于三維激光掃描的隧洞開挖襯砌質量檢測技術及其工程應用》的文章，此文計算的是超欠挖方量，具體是先將實測數據與設計數據都建立成三維模型，然后對兩個模型進行邏輯運算得到超欠挖部分的三維模型，從而得到超欠挖方量，該方法不能得到每一點的具體數值。

方成龍等發表了《利用CAD二次開發程序計算超欠挖的研究》，此文計算的是超欠挖的面積，主要是通過幾何方法求得三角形的頂點坐標，再求超欠挖面積，無法獲得具體點的超欠挖情況。

由此可見，急需一種能夠簡單的、高效的、精確的計算超欠挖數值的方法具有重要意義。

技術領域

本發明涉及隧道工程安全監測技術領域，特別地，涉及一種基于激光點云的隧道超欠挖數值計算方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠簡單的、高效的、精確的計算超欠挖數值的方法，詳情如下：

一種基于激光點云的隧道超欠挖數值計算方法，包括以下步驟：

獲取隧道斷面輪廓的設計圖，并建立平面坐標系；計算各圓弧段的圓心坐標、半徑和起始的坐標方位角；

獲取隧道斷面輪廓的激光點云數據，并將激光點云數據轉換至平面坐標系中；計算出每個激光點云數據的坐標方位角，并獲得第k激光云數據所在的第i個圓弧段，通過表達式1)計算出第k激光點云數據的超欠挖數值：

其中：d_k為第k激光點云數據的超欠挖數值，x_i為第k激光點云數據所在第i個圓弧段的圓心的橫坐標，y_i為第k激光點云數據所在第i個圓弧段的圓心的縱坐標，x_k為第k激光點云數據的橫坐標，y_k為第k激光點云數據的縱坐標，R_i為第k激光點云數據所在第i個圓弧段的半徑。

以上技術方案中優選的，所述平面坐標系具體是：取隧道拱頂所在圓為主圓，X軸為過主圓圓心且與起拱線平行的水平直線，Y軸為與隧道中心線重合的直線。

以上技術方案中優選的，所述坐標方位角的取值范圍為[-π,π]，坐標方位角通過表達式2)計算得到：