[發明專利]一種基于多種融合數據的隧道開挖面掃描裝置及檢測方法

有效

• 申請號: 202011093025.2
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112254637B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 仇文革;李斌;程云建;簡遼;白衡斌
• 申請（專利權）人: 成都天佑智隧科技有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01C7/06;G01M3/00
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 何健雄;廖祥文

本發明涉及一種基于多種融合數據的隧道開挖面檢測方法，所述檢測方法包括：基于固定固態激光雷達對三維點云數據進行采集以及處理；通過紅外熱成像儀采集與滲漏水區域進行自動判定；將多幅紅外熱成像和可見光圖片進行多通道數據融合，并投影到重建后的開挖面三角網格上；根據隧道設計線路數據和設計斷面數據計算超欠挖數據。本發明的優點在于：可以同時采集隧道開挖面的三維點云，可見光和紅外熱成像數據。通過儀器內置算法實時將這三種數據融合到一起。基于隧道設計線路和設計斷面數據，可以分析出采集到的每個數據點的超欠挖情況，通過人機交互界面將3D可視化結果展示給用戶，該掃描裝置攜帶方便。

技術領域

本發明涉及隧道勘探技術領域，尤其涉及一種基于多種融合數據的隧道開挖面掃描裝置及檢測方法。

背景技術

目前隧道開挖面施工的一個關鍵步驟是測量開挖面表面的超欠挖數據，現在的施工現場一般是使用全站儀或者三維激光掃描儀進行測量開挖面表面的大地坐標數據；如果是通過全站儀一般憑借測量員的經驗測量開挖面上的若干個部位，結合已有的隧道線路和斷面設計數據計算出相應的超欠挖值，以此評估整個開挖面的超欠挖情況；如果使用三維激光掃描儀掃描開挖面點云，需要放置多個定位球，通過全站儀測量出定位球坐標并在相關軟件中注冊點云，最后根據設計數據計算每個點云的超挖值，整個開挖面的超欠挖情況對后續工序的開挖臺車放置，初支襯砌鋪設都有著重要指導意義。

如果是單純實用全站儀，通過手動方式測量的數據點個數非常有限，不能全面掌握隧道開挖面的超欠挖情況；使用全站儀手動測點的還有施工干擾嚴重以及耗時長的問題，同時對技術人員的要求比較高；如果使用三維激光掃描儀，雖然可以全方位采集開挖面點云，但是工業級別的三維掃描儀價格昂貴，無法為每個隧道開挖面都配備一臺掃描儀，而且還需要多個軟件配合才能得到所需要的結果數據。而且目前在實際應用中是地質人員在開挖面通過肉眼繪制地質素描草圖，這種方法的人為誤差較大；還有掌子面后方容易出現局部滲漏水的情況，若不能夠對掌子面后支及時采取封堵措施，會造成嚴重的施工事故，影響工程進度，同時也會給施工人員的生命安全帶來潛在的風險，因此及時識別掌子面上的滲漏水部位對后續施工非常重要。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供了一種基于多種融合數據的隧道開挖面掃描裝置及檢測方法，解決了現有技術中存在的不足。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種基于多種融合數據的隧道開挖面檢測方法，所述檢測方法包括：基于固定固態激光雷達對三維點云數據進行采集以及處理；通過紅外熱成像儀采集與滲漏水區域進行自動判定；將多幅紅外熱成像和可見光圖片進行多通道數據融合，并投影到重建后的開挖面三角網格上；根據隧道設計線路數據和設計斷面數據計算超欠挖數據。

進一步地，所述基于固定固態激光雷達對三維點云數據進行采集以及處理包括：

控制云臺按照指定的角度進行運動，并記錄當前水平云臺和俯仰云臺的角度信息；

當水平云臺和俯仰云臺停下后，采集當前位置一定時間內的固態激光雷達的點云數據；

對采集的點云數據進行降噪處理，以去掉邊緣的激光點和角度不符合要求的激光點；

根據當前水平云臺和俯仰云臺的角度，將相對于固態激光雷達坐標系下的點云坐標變換到相對于掃描儀坐標系下的坐標，再根據識別的定位球的大地坐標將點云坐標注冊在大地坐標系下；

將多個站點采集的數據合并成一個完整的開挖面點云，通過泊松表面重建算法進行三維重建得到開挖面三角網格模型。

進一步地，所述通過紅外熱成像儀采集與滲漏水區域進行自動判定包括：

當水平云臺和俯仰云臺停止下后，同時拍攝一張該位置的紅外熱成像圖像和可見光圖像；