[發明專利]一種基于激光測距的隧道內結構形變的監測方法

有效

• 申請號: 202011281834.6
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112097669B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 王列偉;朱明;陸海東;石崢映;吳國強;夏寶前;李陽;黃友群;李沛遙
• 申請（專利權）人: 南京派光智慧感知信息技術有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01C5/00
• 代理公司: 南京中盟科創知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32279
• 代理人: 江冬萍

1.一種基于激光測距的隧道內結構形變的監測方法,其特征在于:包括以下步驟：

S1將多臺激光掃描儀以一定間距安裝在隧道內壁或者隧道側面底部，實時測量多個隧道橫向截面和多段隧道縱向截面，多臺激光掃描儀通過光電復合線纜級聯方式相連接，能同時運行；

S2所述激光掃描儀通過自動旋轉結構，對橫向和縱向截面進行自動多點可配置采樣；

S3使用系統誤差修正算法去除機械抖動和激光器固有誤差，以及隧道中施工人員、施工車輛快速移動物體造成的影響，從而獲得修正后的隧道掃描數據，

針對機械抖動以及隧道中施工人員、施工車輛快速移動物體造成的影響，所述系統誤差修正算法利用異常檢測算法對測量數據進行處理，判斷出異常數據并修正；

S4通過截面曲線匹配算法，將截面曲線與基準截面曲線采用不同大小的窗口滑動比對，判斷隧道內是否發生掉塊、沉降以及收斂現象，并對多期采集的截面曲線綜合分析，判斷隧道掉塊、沉降以及收斂隨時間呈現的趨勢，

所述截面曲線匹配算法首先對待分析隧道截面曲線和基準截面曲線的數據進行系統誤差修正，將待分析隧道截面曲線與基準截面曲線按坐標點進行差值運算，采用不同的窗口滑動進行比對，窗口寬度能自由設置，滑窗移動步長能自由選擇，根據比對指標與給定閾值的關系，判斷是否發生掉塊、沉降以及收斂現象和危害程度；

S5將橫向截面和縱向截面曲線重建隧道三維模型，通過位置匹配算法，計算出隧道內掉塊、沉降以及收斂形變位置及其面積，

所述激光掃描儀配置振動傳感器，通過感應振動判斷激光掃描儀在使用過程中的異常移動，當發生異常移動則自動校正并更新基準截面曲線，實現自檢功能。

2.根據權利要求1所述的監測方法，其特征在于，所述激光掃描儀是單激光掃描儀或者多激光掃描儀。

3.根據權利要求1所述的監測方法，其特征在于，異常處理算法采用RANSAC算法過濾異常數據，采用多項式曲線擬合不同截面曲線，利用誤差最小化算法計算抖動參數，修正數據；

針對激光器固有誤差導致的數據缺失情況，利用插值算法進行處理，補全數據。

4.根據權利要求1所述的監測方法，其特征在于，選取任意時刻截面曲線作為基準截面曲線，截面曲線處理在球坐標下或者將球坐標轉換為笛卡爾坐標下實現。

5.根據權利要求1所述的監測方法，其特征在于，所述截面曲線匹配算法最終給出是否發生掉塊、沉降、收斂現象，以及危害的范圍區間、危害等級。

6.根據權利要求5所述監測方法，其特征在于，所述滑窗移動步長的長度為1。

7.根據權利要求5所述監測方法，其特征在于，利用滑窗內的所有數據或部分數據判斷是否發生掉塊、沉降以及收斂現象，滑窗內數據的對比指標包括數據的均值、方差、眾數、中位數、最大值、最小值。

8.根據權利要求1所述的監測方法，其特征在于，

所述位置匹配算法在隧道內存在掉塊、沉降以及收斂的情況發生時，得到多個掉塊、沉降或收斂位置；

所述位置匹配算法選擇聚類算法對位置進行聚類，根據給定閾值對多個掉塊、沉降或收斂位置進行聚類，計算出隧道三維模型的掉塊、沉降以及收斂位置及面積。

9.根據權利要求1所述的監測方法，其特征在于，所述激光掃描儀與攝像機、溫度監測儀、濕度監測儀、氣體監測儀、煙霧監測儀中的一個或多個聯合，進行實時視頻監控和環境監測，形成隧道綜合監測體系。