[發明專利]一種基于鑿巖臺車的掌子面智能分析方法

有效

• 申請號: 202110226412.7
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN112598755B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 劉飛香;秦念穩;杜義康;賀坤;王營松;何張;彭仕堯
• 申請（專利權）人: 中國鐵建重工集團股份有限公司
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T17/20;G06T19/00;G06T7/66;G06K9/62
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 張勇;周曉艷

本發明提供了一種基于鑿巖臺車的掌子面智能分析方法，采用了一種掌子面智能感知系統，智能感知系統包括圖像采集組件和電腦；兩組圖像采集組件安裝在臺車的駕駛室兩側；圖像采集組件包括云臺和相機；通過電腦中的軟件系統，能使電腦與相機、云臺通信。智能分析方法包括以下步驟：標定相機，得出相機參數；拍攝掌子面左右圖像并進行三維重建；獲取掌子面點云數據和三角網格；利用區域生長算法識別結構面產狀，計算出結構面平均傾向和平均傾角。本發明將相機和云臺集成在臺車上，操作人員在駕駛室就能調節拍攝角度，并實時拍攝掌子面，提高了施工效率和安全性；通過三維重建的方式提取掌子面的三維產狀信息，減少人員測量誤差，提升產狀計算的精度。

技術領域

本發明涉及隧道施工技術領域，具體涉及一種基于鑿巖臺車的掌子面智能分析方法。

背景技術

隧道掌子面施工過程中，若能根據隧道掌子面蘊含的信息掌握掌子面的巖體地質情況，可為評估圍巖穩定性、確定隧道支護方案及施工工藝提供重要依據。

目前，國內隧道施工過程中地質測量人員用皮尺、地質羅盤、游標卡尺等傳統工具在現場測量地質信息的情況依然占據多數。測量人員進行地質描述過程中，面臨著諸多問題，諸如地質信息采集時間長，導致無法滿足工程快速施工的需求。同時，信息測繪很大程度上取決于測量人員的主觀判斷和相關經驗，巖體取樣采集困難等。此外，現場測繪使采集人員直接面臨巖崩、巖爆等危險。綜上所述，施工人員采用人工地質素描技術不能充分提取、分析和利用掌子面信息，無法保證其準確性、可靠性。另外，人工描繪地質信息的更新速度慢，對后面的施工作業不能及時有效的反饋。因此，如何快速 、客觀、可靠地獲取隧道掌子面的地質信息至關重要。

隨著攝影測量技術和激光測量技術的發展，逐漸被廣泛應用于隧道掌子面領域中，彌補了人工采集時間長、精度低等不足之處。但在攝影和激光測量過程中仍需人工在隧道開挖面前架設相機、掃面儀等裝置采集掌子面圖像，人員安全仍不能得到保障。此外，由于隧道施工現場環境比較惡劣，如光線差，粉塵大，而隧道掌子面施工工序安排緊湊，想要在短時間內確定掌子面圖像拍攝的位置、時間，進而獲取高質量的掌子面圖像比較困難。

綜上所述，針對實際隧道掌子開挖作業過程中面臨的以上問題，研究一種在不影響施工進度下能夠方便快速拍攝掌子面高清圖像的系統以及掌子面的結構面產狀分析方法是非常有必要的。

發明內容

本發明的目的就是為了解決現有技術中存在的問題與困難，提出了一種掌子面智能分析方法，該方法具有快速、便捷、適用范圍廣、可操作性強等特點，很大程度上提高了施工效率、掌子面地質信息描繪的自動化程度以及施工人員的安全性。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于鑿巖臺車的掌子面智能分析方法，采用了一種掌子面智能感知系統，所述掌子面智能感知系統包括圖像采集組件和電腦；圖像采集組件設有兩組，分別對稱安裝在臺車的駕駛室兩側；圖像采集組件包括相機和云臺；云臺安裝在臺車上，相機設置在云臺上；電腦中安裝有軟件系統，通過軟件系統電腦能與相機、云臺通信。

所述掌子面智能分析方法包括以下步驟：

步驟一，利用相機拍攝不同角度下的標定板對相機進行標定，得出相機內部參數；

步驟二，控制云臺以左上、左下、中間、右上、右下五個姿態拍攝放置在掌子面前方左上、左下、中間、右上、右下五個位置的標靶，記錄各個姿態下各個標靶中心的像素坐標，利用相機-云臺-臺車運動學建模，得到標靶中心像素坐標在臺車坐標系下的坐標值；利用全站儀測量臺車坐標系下各標靶中心的坐標值，通過使上述兩種方式得到的不同拍攝姿態下掌子面前方不同位置標靶的坐標差值最小，得到修正的運動學建模參數，進而求出兩個相機間的位姿關系；

步驟三，操作電腦中的軟件系統采集掌子面圖像并自動存儲，應用開發的雙目成像算法，對拍攝的掌子面進行三維重建，獲取掌子面的點云數據以及三角網格；