[發明專利]一種隧道襯砌結構的三維展布圖快速構建方法

有效

• 申請號: 201811024825.1
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109166168B
• 公開（公告）日: 2023-02-14
• 發明（設計）人: 劉學增;劉新根
• 申請（專利權）人: 上海同巖土木工程科技股份有限公司
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00
• 代理公司: 上海浦東良風專利代理有限責任公司 31113
• 代理人: 龔英

1.一種隧道襯砌結構的三維展布圖快速構建方法，所述的隧道襯砌結構的三維展布圖快速構建方法包括采集隧道襯砌結構表觀影像數據，其特征在于：所述的三維展布圖構建方法還包括以下步驟：

S1、利用隧道快速檢測車采集隧道襯砌結構、斷面輪廓、行車姿態數據，

S2、利用隧道內輪廓、行車軌跡數據反演隧道三維軸線，

S3、基于隧道襯砌表觀圖像數據構建隧道襯砌結構二維展布圖，

S4、利用隧道三維軸線DTA和隧道內輪廓數據，將隧道二維展布圖進行三維空間映射，構建隧道襯砌結構三維展布圖，

所述步驟S4的具體操作如下：

（1）對隧道三維軸線DTA進行等距離L_S離散，離散點集記為P'，并獲得每個離散點處的局部坐標系，離散點集P'的局部坐標系集記為C，

（2）依次遍歷點集P'，計算每個離散點P'_i距隧道三維軸線DTA起點的曲線距離，該距離為對應的隧道里程K_i，利用里程K_i于二維展布圖中提取相應列的圖像信息，記為I_i，

（3）提取離散點P'_i處的局部坐標系C_i，并將三維激光掃描的隧道二維輪廓按坐標系C_i進行坐標轉換，得到離散點P'_i處的實際隧道輪廓斷面，輪廓斷面記為S_i，

（4）獲取列圖像信息I_i的元素個數N，每個元素為一個圖像像素點，并對隧道輪廓斷面S_i進行距離N等份劃分，逐個遍歷各N等份的等分點，獲得等分點的空間坐標值P'_ij及相應圖像信息I_ij，P'_ij和I_ij用于描述一個空間像素點，

（5）重復上述（2）~（4）步驟，將整座隧道的二維展布圖映射成三維空間像素點，獲得隧道襯砌結構三維展布圖。

2.根據權利要求1所述的一種隧道襯砌結構的三維展布圖快速構建方法，其特征在于，所述步驟S1的具體操作如下：

（1）隧道快速檢測車采集設備包括三維激光掃描儀、面陣工業相機陣列、捷聯式慣導系統、編碼器、紅外補光燈、圖像采集卡和工控機；

（2）隧道快速檢測車采集的數據包括隧道內輪廓數據、隧道襯砌結構表觀圖像、檢測車行車姿態實時數據和檢測車行駛里程數據，

所述的隧道內輪廓數據是通過隧道快速檢測車的三維激光掃描儀采集的，所述的隧道襯砌結構表觀圖像是通過隧道快速檢測車的面陣工業相機陣列采集的，為確保隧道襯砌結構圖像全覆蓋，所述隧道襯砌結構表觀圖像采集時在環向和縱向之間預留重疊區域，所述的檢測車行車姿態實時數據通過隧道快速檢測車的捷聯式慣導系統采集的，所述的檢測車行車姿態實時數據包括加速度、角加速度和姿態角，所述的檢測車行駛里程數據是通過隧道快速檢測車的編碼器采集的。

3.根據權利要求1所述的一種隧道襯砌結構的三維展布圖快速構建方法，其特征在于，所述步驟S2的具體操作如下：

（1）利用捷聯式慣導系統采集的軌跡數據通過四元數法、龍格庫塔法和坐標轉換矩陣，獲得載體任意時刻t的空間點坐標P（x_tb，y_tb，z_tb），

（2）利用貝塞爾曲線擬合方法對各時刻的點P_i進行曲線擬合，形成一條空間運動軌跡曲線C_u，

（3）基于隧道路面結構特征并利用隧道內輪廓激光掃描數據獲取隧道路面中點M（x_m，y_m，z_m），

（4）利用載體的重心O（x_m，y_m，z_m）、隧道路面中點M構建平移向量，其中a=x_m-x₀、b=y_m-y₀、c=z_m-z₀，

（5）利用平移向量對運動軌跡曲線C_u進行平移，獲得隧道三維軸線DTA。

4.根據權利要求1所述的一種隧道襯砌結構的三維展布圖快速構建方法，其特征在于，所述步驟S3的具體操作如下：

（1）利用環向重疊度D_h對i號相機采集的圖像進行環向裁剪，裁剪的方向為像素坐標系的X軸方向，環向裁剪后的圖像記為P_ih，其中i≠1，

（2）利用縱向重疊度D_z對各相機環向裁剪后的圖像P_ih進行縱向裁剪，裁剪的方向為像素坐標系的Y軸方向，縱向裁剪后的圖像記為P_ihz，

（3）依次對每個相機裁剪處理后的圖像P_ihz進行縱向拼接，以生成一系列的單相機縱向展布圖，記為SL_iz，

（4）以1號相機的展布圖SL_1z為基準，分別計算與i號相機展布圖的縮放系數C_iz，其中i≠1，計算方法為：

C_iz=SL_iz列數/SL_1z列數，

（5）利用縮放系數C_iz對i相機的展布圖SL _iz進行縮放，縮放后的展布圖記為SL'_iz，其中i≠1，

（6）依據相機編號i順序依次對各相機的展布圖SL'_iz進行環向拼接，最終形成隧道襯砌結構完整的二維展布圖SL。