[發明專利]一種基于激光掃描儀的鐵路隧道變形檢測方法及其裝置

有效

• 申請號: 202010359056.1
• 申請日: 2020-04-29
• 公開（公告）號: CN111442736B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 程騰;谷先廣;程海生
• 申請（專利權）人: 安徽國鉅工程機械科技有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G06T7/60;G06T7/187;G06T5/00
• 代理公司: 合肥市澤信專利代理事務所(普通合伙) 34144
• 代理人: 方榮肖

本發明公開了一種基于激光掃描儀的鐵路隧道變形檢測方法及其裝置。該方法包括：計算激光掃描儀的行進距離；先對局部坐標系與隧道坐標系進行轉換，再生成三維坐標組成點云；先確定輪廓曲線，再畫圓，最后確定支撐區域；先分別計算兩個向量的方向角，再計算曲率角，最后判斷曲率角是否位于閾值范圍內；刪除所有非隧道面數據點；對三維坐標組成點云的點云數據進行平滑處理；將隧道斷面數據代入至橢圓轉換矩陣中以獲得預設橢圓的五個橢圓方程參數，并根據五個橢圓方程參數，確定預設橢圓；計算出預設橢圓的橢圓度，判斷鐵路隧道的收斂擴張情況和變形狀況。本發明能夠提高隧道變形的檢測效率和精度，減輕人工勞動強度，實現了自動化檢測的效果。

技術領域

本發明涉及鐵路隧道檢測技術領域的一種鐵路隧道變形檢測方法，尤其涉及一種基于激光掃描儀的鐵路隧道變形檢測方法，還涉及應用該方法的基于激光掃描儀的鐵路隧道變形檢測裝置。

背景技術

隨著我國經濟的快速發展，城市人口密度加大，給城市地面交通壓力增大，所以各大城市在地下修建隧道，開通地鐵來緩解城市地面資源緊張、道路交通占用空間大的問題。但隨著城市地鐵運行任務的日益繁重，客流量大，地鐵隧道線路的安全性和穩定性也成為了各大地鐵運營公司關注的新問題。隧道變形較大，影響了地鐵的正常營運。隧道的安全性、穩定性與地鐵正常運行、乘客的安全具有非常密切的關系，所以對地鐵隧道結構狀態的定期檢測就很有必要。

在現有的隧道養護檢測過程中，鐵路隧道(包括地鐵隧道、高鐵隧道、普快鐵路隧道等)由于變形較大，而為了能夠檢測出隧道的變形情況，會對其變形進行定期檢測。但是，現有的鐵路隧道變形檢測方法一般通過普通的人工檢測方式或依靠人工儀器進行，這樣會造成以下這些問題：1、檢測效率低，由于人工檢測或通過儀器檢測需要人為進行操作，需要耗費大量時間進行實地采樣和計算，檢測效率不能滿足需求；2、檢測及測量精度低，這是由于人工檢測或通過儀器測量存在測量誤差，使得最終的測量結果存在較大的誤差值；3、檢測量大，導致檢測工作遲緩，影響隧道的養護質量。

發明內容

為解決現有的鐵路隧道變形檢測存在檢測效率與精度較差，檢測量大而無法及時檢測的技術問題，本發明提供一種基于激光掃描儀的鐵路隧道變形檢測方法及其裝置。

本發明采用以下技術方案實現：一種基于激光掃描儀的鐵路隧道變形檢測方法，其包括以下步驟：

通過激光掃描儀掃描鐵路隧道，并計算所述激光掃描儀的行進距離；

先對所述激光掃描儀的局部坐標系與所述鐵路隧道的隧道坐標系進行轉換，以確定激光掃描儀的掃描點在所述隧道坐標系中的坐標，再將所述坐標與所述行進距離組合并生成三維坐標組成點云；

先確定所述三維坐標組成點云的邊界特征點的輪廓曲線，再在所述輪廓曲線上選取一個預設點為圓心并畫圓以與所述輪廓曲線相較于兩個交點，最后將所述預設點與兩個交點所構成的區域作為支撐區域；

先分別計算所述預設點與兩個交點所構成的兩個向量的方向角，再計算兩個方向角在所述支撐區域內的曲率角，最后判斷所述曲率角是否位于一個預設的閾值范圍內；

在所述曲率角位于所述閾值范圍內時，先將構成對應的支撐區域的點作為非隧道面數據點，再刪除所有非隧道面數據點，并獲得隧道面數據；

通過預設的高斯濾波器對所述三維坐標組成點云的點云數據進行平滑處理以剔除所述隧道面數據中的凸出非隧道面數據，并獲得隧道斷面數據；

將所述隧道斷面數據代入至一個預設的橢圓轉換矩陣中以獲得預設橢圓的五個橢圓方程參數，并根據五個橢圓方程參數，確定所述預設橢圓的幾何中心、長短半軸以及長軸傾角；

計算出所述預設橢圓的橢圓度，并根據長短半軸的變化情況判斷所述鐵路隧道的收斂擴張情況，還根據所述橢圓度評估所述鐵路隧道的變形狀況。