[發明專利]三維激光掃描地下工程相似材料模擬試驗表層變形方法

有效

• 申請號: 201811533159.4
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109631786B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 袁長豐;王英汀;袁子晉;于浩杰
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 11435 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 朱昀

本發明屬于地下工程空間位置變形技術領域，尤其涉及一種三維激光掃描地下工程相似材料模擬試驗表層變形方法。采用五點標志控制點法，這五個點作為點云匹配基準，確定掃描參數后利用三維激光掃描開挖前后的地下工程，得到相似材料模擬試驗表層點云變形的數據，該數據經處理、建模后，進行可視化處理，生成可視化云圖。本發明解決了實驗室進行相似材料模擬試驗獲取表層變形信息采用經緯儀和全站儀時存在的問題，利用三維激光掃描技術，通過形成數據卡片和可視化處理，得到了更加直觀、精度更高的試驗結果。

技術領域

本發明屬于地下工程空間位置變形技術領域，尤其涉及一種三維激光掃描地下工程相似材料模擬試驗表層變形方法。

背景技術

現有的地下工程相似材料模擬試驗表面變形采用經緯儀或者全站儀進行觀測，是單點依次觀測，當測點較多時，特別是當試驗模型表面發生坍塌、冒落或離層時，無法捕捉變形點實時信息，這就導致了實際地下工程中很多信息無法獲取，即使得到的信息也都是孤立點信息。

故而為了準確實時獲取地下工程在實施過程中的不同空間位置變形信息，就需要根據現場實際情況，在試驗室進行相似材料物理模擬試驗，在試驗過程中通過相關儀器觀測，獲得模型表面變形信息，借以反映模型所代表的實際原型的變形信息。

目前，在試驗室進行相似材料模擬試驗獲取表層變形信息時，一般采用經緯儀和全站儀進行觀測。首先在面層布設變形觀測點，在立柱或者周圍布設基準點，在試驗臺前面布設一個工作站點，儀器架在工作站點，然后進行逐點觀測角度和距離，通過計算得到觀測點每次觀測時的位置信息，通過比較，獲得觀測點的變形信息。在試驗室進行相似材料模擬試驗獲取表層變形信息時，采用經緯儀和全站儀進行觀測，這種觀測是單點觀測，觀測點之間變形信息是沒有的，一般認為相鄰點之間的變形是線性的，實際上是非線性的；其次，當觀測點數量較多時，由于觀測是逐點觀測，不能夠捕捉到微小信息變化；再次，由于經緯儀和全站儀儀器精度受限，滿足不了試驗模型的精度要求，使得在試驗室進行近距離觀測的觀測誤差，經常出現不能滿足試驗要求的現象。

目前，三維激光掃描技術在現場應用正在逐漸展開。專利“CN201610621282-一種用于快速監測高面板堆石壩擠壓邊墻變形的方法”，是三維激光掃描技術在現場應用的案例，是現場原型觀測，不適合試驗室觀測使用。即存在以下問題：(1)監測基點的布設是從場地外向場地內進行過渡，而試驗室由于場地限制和觀測要求，不可能采用這種方法布設監測基點；(2)由于在工程現場觀測時，場地大，需要考慮相鄰兩站觀測時的重合度，即本站觀測和上一站觀測要考慮重合度，這樣才能解決兩站點云數據配準問題，才能使各站點云數據最終拼接成同一個坐標系下的點云數據，即該專利解決的是不同站點之間同一時刻點云的配準問題；而在試驗室進行試驗，掃描范圍不需要進行站點轉移，需要解決的是同一站點在不同時刻的點云配準問題；(3)該專利可視化采用的是surfer軟件生成變形二維曲線圖，這種曲線圖把水平位移和垂直位移放在一起，不能直觀的表現出面層的變形信息，需要懂得現場技術和軟件的人才能夠看懂，不夠直觀。

發明內容

本發明要解決的技術問題是試驗室進行相似材料模擬試驗獲取表層變形信息時，一般采用經緯儀和全站儀進行觀測，存在以下問題：(1)觀測是單點觀測，觀測點之間信息是沒有的，認為相鄰點之間的變形是線性的；(2)當觀測點數量較多時，費時費力，需要人不斷調整儀器，不能夠捕捉到短時出現的微小信息變化；(3)受經緯儀和全站儀儀器限制以及人為觀測帶來的誤差，觀測誤差經常出現不能滿足試驗要求的現象。

為解決上述問題，本發明提出以下幾點方案：一、一種相似材料模擬試驗五點標志控制點法，針對試驗室試驗特點，解決了控制點場外轉移技術；二、三維激光掃描相似材料模擬試驗表層變形點云方法流程；三、一種相似材料模擬試驗表層點云變形分析的流程；四、相似材料模擬試驗點云變形可視化的方法。