[發(fā)明專利]一種基于網(wǎng)格投影點云處理技術(shù)的隧道變形監(jiān)測分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811529199.1
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109556529B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段清超;李治國;劉濤;王剛;趙寶華;林純鵬;張丹楓;逄錦偉;許俊偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中鐵隧道局集團有限公司;中鐵隧道勘察設(shè)計研究院有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G06T17/05
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于網(wǎng)格投影點云處理技術(shù)的隧道變形監(jiān)測分析方法，對于三維激光掃描儀獲得的隧道表面點云模型，該方法通過構(gòu)建隧道設(shè)計表面模型并單元網(wǎng)格化處理、單元網(wǎng)格向隧道表面點云模型上投影、投影范圍內(nèi)的點云擬合成平面四邊形、平面多邊形的形心到隧道中軸線上投影中心的距離計算、單元網(wǎng)格對應區(qū)域投影區(qū)域點云的變形方向的差異判斷、變形監(jiān)測數(shù)據(jù)篩選和根據(jù)單元網(wǎng)格對應位置變形量的大小將隧道表面設(shè)計模型彩色化處理，實現(xiàn)對隧道變形監(jiān)測的整體性分析和可視化處理，本發(fā)明對三維激光掃描儀獲取的隧道表面點云模型采用網(wǎng)格投影點云處理技術(shù)進行處理，能夠識別隧道表面剝離、掉塊或附著物影響造成的隧道表面點云變形，避免監(jiān)測分析錯誤，隧道設(shè)計表面模型單元網(wǎng)格化及變形量可視化處理，便于隧道結(jié)構(gòu)變形進行整體性分析，增強了可視化效果。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于隧道變形監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于網(wǎng)格投影點云處理技術(shù)的隧道變形監(jiān)測分析方法。

背景技術(shù)：

目前隧道變形監(jiān)測的傳統(tǒng)方法主要是每隔一段里程在隧道拱部和隧道兩側(cè)預埋數(shù)個變形監(jiān)測點，采用全站儀或水準儀測出拱頂監(jiān)測點的高程變化量作為隧道拱部沉降量，采用全站儀或收斂計測出兩個變形監(jiān)測點之間距離的變化量作為在所述兩個測點連線方向上隧道收斂變形量。

三維激光掃描儀能夠自動快速獲取目標物體表面的高密度點云數(shù)據(jù)，測量精度達到毫米級，是一種新興的隧道變形監(jiān)測方法。利用三維激光掃描技術(shù)進行隧道變形監(jiān)測，要先使用三維激光掃描儀獲取目標里程區(qū)段隧道內(nèi)表面的點云，再對點云進行數(shù)據(jù)處理分析，目前主要有以下兩種處理分析方法：

一、使用數(shù)據(jù)處理軟件沿隧道縱深方向在指定里程處垂直于隧道中軸線切取一定厚度的點云，將切取的點云投影在上述指定里程處垂直于中軸線的平面上，對得到的投影進行擬合得到投影的輪廓線作為上述指定里程的隧道斷面輪廓線，通過對比不同時期的隧道斷面輪廓線，計算出隧道斷面輪廓線之間的差值，作為上述指定里程處的隧道變形量；

二、使用數(shù)據(jù)處理軟件將得到隧道內(nèi)表面的點云構(gòu)造成三角網(wǎng)模型，在指定里程處垂直于隧道中軸線切出一個斷面，進而可以得到指定里程斷面上的三角網(wǎng)模型的輪廓線，通過對比不同時期的三角網(wǎng)模型在同一指定里程斷面上的輪廓線計算出輪廓線之間的差值，作為上述指定里程處的隧道變形量；

上述隧道變形監(jiān)測方法存在如下問題：

一、傳統(tǒng)方法的變形監(jiān)測點數(shù)量少，無法進行隧道整體性變形分析，隧道收斂變形量監(jiān)測是通過兩個監(jiān)測點之間距離變化反映隧道收縮或擴張變形，無法準確反映隧道在朝向斷面中心的徑向方向的變化量，隧道內(nèi)作業(yè)環(huán)境差，導致測量誤差大、作業(yè)效率低，信息反饋形式主要為數(shù)字表格和曲線圖，可視化效果較差；

二、基于三維激光掃描技術(shù)的隧道變形監(jiān)測方法，可以解決上述傳統(tǒng)方法的不足之處，但是隧道表面有剝離、掉塊或附著物情況下也會造成點云數(shù)據(jù)差異，這并不是隧道結(jié)構(gòu)變形導致的，如果不剔除，得到的監(jiān)測結(jié)果并不是隧道結(jié)構(gòu)的真實變形；

針對上述不足之處，本發(fā)明提出了一種基于網(wǎng)格投影點云處理技術(shù)的隧道變形監(jiān)測分析方法，本發(fā)明基于三維激光掃描技術(shù)獲取隧道內(nèi)表面點云模型，設(shè)計了一種網(wǎng)格投影的點云處理技術(shù)來實現(xiàn)隧道變形監(jiān)測的整體性分析；

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，該方法是將隧道設(shè)計表面模型等分成尺寸相同的多邊形單元網(wǎng)格作為投影基準面，將隧道設(shè)計表面模型等分成尺寸相同的多邊形單元網(wǎng)格作為投影基準面，再將單元網(wǎng)格在隧道表面點云模型上投影范圍內(nèi)的點云擬合成一個平面四邊形，同一投影范圍不同時期的點云擬合得到平面多邊形的形心到隧道中軸線上投影中心的距離之差作為在所述投影位置隧道的變形量，根據(jù)上述單元網(wǎng)格對應投影區(qū)域點云的變形與其四周相鄰的四個單元網(wǎng)格對應區(qū)域投影區(qū)域點云的變形方向的差異對判斷結(jié)果進行篩選，根據(jù)單元網(wǎng)格對應位置變形量的大小賦予其不同的色彩而得到更加直觀的彩色隧道表面設(shè)計模型，進而實現(xiàn)對隧道變形監(jiān)測的整體性分析；

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：