[發明專利]一種圓形隧道結構中心線提取方法

有效

• 申請號: 202110146355.1
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN113269679B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 儲征偉;王敏;馮耀;段偉;侯東亞;施向明;盛迎曉
• 申請（專利權）人: 南京市測繪勘察研究院股份有限公司;徠卡測量系統(上海)有限公司
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/00;G06T7/66;G06T7/68
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 徐博

本發明是一種圓形隧道結構中心線提取方法，該方法基于掃描點云提取的軌面中心線或者設計結構中心線為基準，通過設置點云區間提取間隔實現隧道點云區間劃分，將點云區間轉化為二維點云并去噪，利用點云區間對應軌面中心線或設計結構中心線的重心、方向向量和投影向量，計算每個區間的結構中心點，連接形成結構中心線。該種圓形隧道結構中心線提取方法以高效、高密度的隧道點云數據為基礎進行隧道結構線自動提取，為基于點云實現隧道結構施工質量和安全運營狀態檢測提供點云區間劃分基礎，保證了隧道結構施工質量和安全運營狀態檢測的高效率和高質量。

技術領域

本發明涉及隧道結構施工檢測技術領域，具體的說是一種圓形隧道結構中心線提取方法。

背景技術

超欠挖控制是地鐵隧道施工質量評定的重要內容之一。目前對地鐵隧道進行斷面測量主要有兩種方法，一種是斷面儀法，這種方法需要先放樣出隧道結構中心線，然后在指定里程的隧道中心線處架設儀器，按照設定的測量參數對當前里程斷面進行空間數據采集，作業效率較低，且斷面儀用途單一。另外一種常用的方法是采用全自動測量全站儀，并搭載有斷面測量機載程序，這種方法不需要放樣出隧道中心線，架站方式靈活，自動化程度相對較高，但是結果仍然是以逐個獨立的點位表現，局限于平面展現，無法全面反映隧道開挖超欠挖情況。

地鐵隧道竣工后，由于地質及周邊施工的影響，隧道結構隨之會發生變形，或是發生裂縫、滲水等情況，從而對地鐵運營產生安全隱患，為檢測隧道的安全狀況，一般做法是通過人工巡檢的方式來進行檢查、判別裂縫、滲水等情況，該方法效率低，且容易漏檢，隧道變形則一般通過全站儀、水準儀進行實測隧道收斂變形和沉降，通過后處理并與設計或是初始狀態進行對比，來分析、判別隧道的空間形態變化情況。

三維激光掃描儀測量是近幾年應用于地鐵隧道工程測量的新型測量技術，它是一種通過發射激光來掃描獲取被測物體表面三維坐標和反射光強度的儀器，是一種非接觸式主動測量系統。突破傳統的單點測量技術，使得外業測量更加高效便捷，為空間三維數據的獲取提供了有效的測量手段，以點云的形式采集并保存空間物體表面的三維幾何信息和紋理數據。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種圓形隧道結構中心線提取方法，該種圓形隧道結構中心線提取方法以高效、高密度的隧道點云數據為基礎進行隧道結構線自動提取，為基于點云實現隧道結構施工質量和安全運營狀態檢測提供點云區間劃分基礎，保證了隧道結構施工質量和安全運營狀態檢測的高效率和高質量。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種圓形隧道結構中心線提取方法，其特征在于：具體步驟如下：

步驟1，獲取隧道結構的點云數據，獲取軌面中心線或設計結構中心線數據，確定點云的里程配付；

步驟2，確定提取隧道結構中心線使用的點云斷面間隔；

步驟3，根據軌面中心線或設計結構中心線上的點，計算每個區間的軌面中心線或設計結構中心線的重心、方向向量D，以及垂直方向向量D的兩個投影向量PX和PY；

步驟4，將每個區間的點云沿軌面中心線或設計結構中心線方向向量投影成二維點云，并將二維點云以網格劃分的方式轉換為二維視圖顯示；

步驟5，刪除二維圖像中的噪點和孤立點，獲得去噪后的二維點云；

步驟6，將二維點云擬合為圓，得到圓心坐標；

步驟7，根據每段軌面中心線或設計結構中心線的重心、方向向量和投影向量，反算二維點云圓心的三維坐標，即為三維點云區間的結構中心點坐標；

步驟8，將每個三維點云區間的結構中心點里程及坐標信息按順序存儲，并順次連接生成結構中心線。

步驟1中隧道結構的點云數據通過三維激光掃描儀測量獲取。