[發明專利]一種盾構隧道表面點云數據分段方法

有效

• 申請號: 201811215484.6
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109448087B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 史玉峰;曹震;曹偉;陳動
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T3/00
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

本發明涉及一種盾構隧道表面點云數據分段方法，包括：1）盾構隧道點云投影：根據盾構隧道點云走向，將三維點云轉換成二維；2）邊界點提取：將投影后的二維點云網格化，利用網格提取出點云的上下邊界點；3）隧道點云分段位置計算：a）所提取邊界點的切線斜率計算；b）分段位置計算；4）對兩個投影面上盾構隧道點云分段位置聯合處理，完成隧道整體點云數據的分段，為隧道點云建模做準備。優點：1）研究了盾構隧道表面點云的分段方法，為基于TLS技術的盾構隧道的中軸線提取、斷面分析等點云處理方法提供了技術支撐。2）有效提高中軸線擬合精度，補充盾構隧道變形監測技術方法，在盾構隧道安全監測、預防重大事故方面具有重要的實用價值。

技術領域

本發明是一種盾構隧道表面點云數據分段方法，屬于土木工程安全監測技術領域。

背景技術

基于地面激光掃描（Terrestrial?Laser?Scanning,?TLS）的盾構隧道變形監測技術是當前變形監測領域研究的熱門技術。當前基于TLS的盾構地鐵隧道變形監測方法是通過提取中軸線得到隧道斷面，對隧道斷面進行分析，獲取隧道變形量值。部分研究采用將隧道中軸線上的點提取出之后直接進行二次曲線擬合獲得中軸線，但是對于存在直線段和曲線段的隧道而言，直接采用二次曲線擬合降低了中軸線提取精度。如果能對隧道進行精確分段，然后分別對分段隧道提取中軸線將提高中軸線擬合精度。

發明內容

本發明提出的是一種盾構隧道表面點云數據分段方法，其目的在于針對現有隧道變形監測存在的不足，提供一種準確區分盾構隧道表面點云的直線段和曲線段的分段方法，為后續基于點云的隧道建模與形變分析提供技術支撐。

本發明的技術解決方案：

一種盾構隧道表面點云數據分段方法，包括以下步驟：

（1）盾構隧道點云投影：根據盾構隧道點云整體走向，選擇 XOY、YOZ或XOZ面中的兩個作為投影面，將三維點云轉換成二維，簡化計算；

（2）邊界點提取：在平面內將投影后的二維點云網格化，利用網格提取出點云的上下邊界點；

（3）隧道點云分段位置計算：

a）所提取邊界點的切線斜率計算：對盾構隧道點云邊界鄰域擬合，對擬合函數求導計算斜率；

b）分段位置計算：以切線斜率為縱軸建立K-X坐標系，在該坐標系中對切線斜率進行擬合分析，得出擬合直線的交點，交點的橫坐標值 X即為隧道分段位置，最終獲得兩個投影面上隧道點云的分段位置；

（4）對兩個投影面上盾構隧道點云分段位置聯合處理，完成隧道整體點云數據的分段，為隧道點云建模做準備。

本發明的有益效果：

1）本發明研究了盾構隧道表面點云的分段方法，為基于TLS技術的盾構隧道的中軸線提取、斷面分析等點云處理方法提供了可靠的技術支撐。

2）有效提高中軸線擬合精度，補充和提高了盾構隧道變形監測技術方法，在盾構隧道安全監測、預防重大事故等方面具有重要的實用價值。

附圖說明

附圖1是為盾構隧道點云分段步驟流程圖。

附圖2是 XOY面投影結果圖。

附圖3是 XOZ面投影結果圖。

附圖4是邊界提取結果圖。

附圖5是邊界提取結果圖。