[發明專利]一種基于激光掃描的地鐵隧道限界動態檢測方法

有效

• 申請號: 201811565518.4
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109708615B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 劉學增;劉新根;陳瑩瑩
• 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: G01C7/06
• 分類號: G01C7/06
• 代理公司: 上海浦東良風專利代理有限責任公司 31113
• 代理人: 張勁風

本發明涉及一種基于激光掃描的地鐵隧道限界動態檢測方法，主要解決隧道車輛限界、設備限界及建筑限界快速動態檢測等技術問題。所述的地鐵隧道限界動態檢測方法包括步驟：S1、構建統一直角坐標系統及坐標系統修正；S2、利用地鐵隧道變形檢測車采集隧道內輪廓空間數據和定位數據；S3、數據預處理；S4、基于掃描數據對隧道限界進行實時分析；S5、保存當前掃描點云、軌面傾角、里程和限界幾何模型數據，并輸出隧道限界分析結果；S6、重復步驟S2~S5，可實時完成整個隧道的限界動態檢測。

技術領域

本發明涉及一種基于激光掃描的隧道限界檢測方法，特別是公開一種基于激光掃描的運營地鐵隧道限界動態檢測方法，應用于隧道工程檢測領域。

背景技術

地鐵作為城市軌道交通中最為重要的一員，在承擔城市交通運輸中發揮著越來越重要的作用。隨著地鐵的運營時間增長，其隧道結構由于受材料劣化及外部荷載等作用，會產生變形，此外，軌道長時間列車振動荷載作用下，亦會產生彎曲變形。另外，隧道內安裝的設備受長時間列車振動影響，可能導致松動或脫落從而導致地鐵限界的改變，這些對列車的正常運營會造成安全隱患或危害，需要不定期對地鐵限界進行檢測，以判斷是否侵限。

傳統的地鐵限界檢測方法以人工巡檢為主，輔助皮尺、觸桿、全站儀等設備進行檢測，速度慢、效率低、成本高，對作業人員技術要求高，并且隨著“地鐵天窗”時間越來越少，已逐漸滿足不了地鐵限界檢測作業要求。近年來，國內外學者對隧道限界快速檢測也開展了相關研究。周世明等人研究了基于移動激光掃描三維點云的隧道限界檢測方法，但需要后期對點云數據分割處理后進行隧道限界檢測，不能實時檢測。王敏等人研究了利用三維激光掃描儀進行地鐵隧道限界測量，該方法需要現場設站，并且仍需要后期對數據處理才能進行限界分析，不能實時檢測，且作業效率較慢。

綜上，迫切需要一種經濟、便捷、準確、非接觸的隧道限界動態、實時檢測方法。

發明內容

本發明的目的是解決現有技術的缺陷，設計一種基于激光掃描的地鐵隧道限界動態檢測方法，能快速準確實時地判斷隧道限界是否侵限，為隧道運營檢查提供新的檢測方法。

本發明是這樣實現的：一種基于激光掃描的地鐵隧道限界動態檢測方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1、構建統一直角坐標系統及坐標系統修正；

所述步驟S1的具體操作如下：

（1）采用地鐵隧道的建筑限界坐標系為統一的直角坐標系，記為C_aS，該坐標系為正交于軌道中心線的直角坐標，通過兩軌道軌頂中心連線的中點O引出的水平坐標軸，用Y表示；通過該中點垂直于水平軸的坐標軸用Z表示，

（2）二維激光掃描儀自帶的坐標系，記為Css，Css為：原點為掃描鏡頭的中心點，水平向左為Y軸，豎向為Z軸，運動方向為X軸，

（3）坐標系Css向坐標系C_aS轉換公式：

（1）

式中，為二維激光掃描儀自帶坐標系Css中坐標值；為統一的直角坐標系C_aS中坐標值；、、為激光掃描儀安裝位置固定參數，分別為距離兩軌道軌頂中心連線的中點O的水平距離、高度及掃描儀安裝傾角，該三參數地鐵隧道變形檢測車出廠時可確定；β為左右軌道面的傾角。

S2、利用地鐵隧道變形檢測車采集隧道內輪廓空間數據和定位數據；

所述步驟S2的具體操作如下：

（1）地鐵隧道變形檢測車采集設備包括二維激光掃描儀、編碼器、二維傾角儀和筆記本電腦，

（2）通過地鐵隧道變形檢測車的二維激光掃描儀對隧道內輪廓斷面進行360°掃描，獲得隧道內輪廓斷面的激光掃描點云數據，記為C，