[發(fā)明專利]一種隧道軸線提取及斷面收斂分析方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810872140.6
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN109029350B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪俊;吳巧云;易程
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01C7/06
• 分類號: G01C7/06;G01B21/32
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 張佩璇

本發(fā)明公開一種隧道軸線提取及斷面收斂分析方法及裝置。本發(fā)明為地鐵隧道各管片收斂直徑計算、管片任意位置斷面截取、隧道軸線數(shù)據(jù)提取問題提供了準確的自動高效的計算方法，降低了地鐵隧道管片斷面收斂分析難度，提高了地鐵隧道斷面收斂分析效率，基于統(tǒng)計的分析策略，能夠更加有效的避免因數(shù)據(jù)缺陷導(dǎo)致的分析錯誤。基于地鐵隧道三維點云數(shù)據(jù)，對隧道各管片收斂直徑自動精確計算、斷面數(shù)據(jù)自動提取及隧道軸線數(shù)據(jù)提取等可以克服人工手動檢測耗時耗力、準確度不高等缺點，為地鐵隧道管片斷面收斂分析處理提供了一種高效的手段。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及軌道交通技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種隧道軸線提取及斷面收斂分析方法及裝置。

背景技術(shù)

改革開放以來，隨著我國城市化進程加快，城市交通面臨前所未有的壓力，作為城市交通的重要組成部分，城市軌道交通是緩解交通擁堵的重要措施之一。城市軌道交通的特點是運行速度快、行車密度高、客流量大、環(huán)境封閉，因而對運營安全要求極高，需要安全可靠的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)作為保障。在城市軌道交通中，由于運行車輛的動力沖擊、地質(zhì)變形、以及臨近施工等因素的影響，隧道管片經(jīng)常發(fā)生損傷、形變，對軌道交通安全造成重大影響。因此，進行隧道安全監(jiān)測是保障地鐵隧道安全運維的重要手段。

傳統(tǒng)的監(jiān)測方法觀測所需要的時間長，勞動強度高，觀測精度收到觀測條件的影響，自動化較差，只能局限于所布設(shè)的控制點，反映局部變形，而不能反映整體變形。三維激光掃面技術(shù)，Light?Detection?And?Ranging(LiDAR)，是地鐵隧道工程中應(yīng)用的一個研究熱點。三維激光掃描技術(shù)對光線條件沒有要求，即使在漆黑的隧道里依舊可以正常工作，并且可以一次性快速、完整、全方位地采集隧道內(nèi)部的數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后可以計算出隧道任意斷面的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)隧道的整體變形監(jiān)測。

世界很多國家對隧道變形監(jiān)測進行了大量的研究，但主要是研究直線型隧道，或?qū)⑺淼篮喕癁橹本€型。在實際中，很多隧道是非直線型，即有一定的弧度，甚至是S型。目前，國內(nèi)外對于弧形隧道的研究少，并且針對基于三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于弧度隧道斷面變形監(jiān)測未見詳細系統(tǒng)的分析方法，本文提出一種魯棒的地鐵隧道軸線提取及斷面收斂分析方法，實現(xiàn)快速提取斷面數(shù)據(jù)及隧道軸線數(shù)據(jù)，并準確的計算弧度隧道的收斂直徑。

針對現(xiàn)有技術(shù)中如何自動高效準確地計算地鐵隧道各管片收斂直徑值的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例中提供一種魯棒的地鐵隧道軸線提取及斷面收斂分析方案，以解決現(xiàn)有技術(shù)中如何自動高效準確地計算地鐵隧道各管片收斂直徑值的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種隧道軸線提取及斷面收斂分析方法，其中，該方法包括：

S1：獲取隧道三維點云數(shù)據(jù)；

S2：根據(jù)所述隧道三維點云數(shù)據(jù)確定起始隧道斷面的定位點；

S3：建立所述定位點的鄰近圖，基于統(tǒng)計特征計算當前位置隧道的主軸方向；

S4：獲取當前隧道管片的收斂直徑值及所述定位點預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的斷面數(shù)據(jù)；

S5：基于當前定位點確定下一個定位點；執(zhí)行步驟S3和S4，計算該定位點對應(yīng)隧道管片的收斂直徑值及所述定位點預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的斷面數(shù)據(jù)；以此類推，最終按順序自動獲取所述隧道的所有管片的收斂直徑值，定位點預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的斷面數(shù)據(jù)，以及隧道的軸線數(shù)據(jù)。

進一步地，所述步驟S2，具體包括：通過主成分分析方法獲取所述隧道三維點云數(shù)據(jù)的起始延伸方向，進而確定起始隧道斷面的定位點。

進一步地，所述步驟S2包括：

S21：基于所述隧道三維點云數(shù)據(jù)進行主成分分析，計算最大特征值對應(yīng)的特征向量；其中，所述特征向量的方向即所述起始延伸方向；