[發(fā)明專利]一種隧道三維形貌快速建模的方法

有效

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• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113223168B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設計）人: 鄭軍;畢江海;林建宇;陳浙泊;王振文;王繼軍;張望;陳鎮(zhèn)元;馬浩;袁國堂;尹紹杰;邵園園;楊揚戩;林鵬
• 申請（專利權）人: 浙江大學臺州研究院;中國鐵建電氣化局集團有限公司;中鐵建電氣化局集團第三工程有限公司
• 主分類號: G06T17/10
• 分類號: G06T17/10;G06T17/20;G06F16/25;G01S17/88;G01B11/24
• 代理公司: 杭州天昊專利代理事務所(特殊普通合伙) 33283
• 代理人: 董世博

本發(fā)明公開了一種隧道三維形貌快速建模的方法，1)數據采集步驟、2)數據處理步驟、3)濾波處理步驟、4)數據增補步驟、5)數據重建步驟；本發(fā)明提供快速實現(xiàn)三維形貌建模，給內業(yè)設計人員和外業(yè)施工人員提供隧道狀況詳細數據，包括侵限情況，利于接觸網后植錨栓工程順利開展的一種隧道三維形貌快速建模的方法。

技術領域

本發(fā)明涉及隧道建模技術領域，更具體的說，它涉及一種隧道三維形貌快速建模的方法。

背景技術

對于在鐵路隧道內土建完工、鋪軌作業(yè)完成進行接觸網后植錨栓施工方案來說，保證施工作業(yè)車無障礙地行進以及施工前檢測確認隧道內圍壁、支護等無侵限情況的工作十分重要。該項工作可以減少或避免作業(yè)車碰障的風險，提前預判一些侵限情況，及時采取補救措施，保證施工進度和施工質量。然而由于工期等原因，能夠用于檢測的時間一般很短，任務繁重，因此，提高工作效率，尋求簡便可行的檢測方法很關鍵。

目前用于完成上述任務的檢測方法主要有人工目檢和全站儀測三維坐標相結合的方法、三維激光掃描法。人工目檢用于初步排除隧道內鐵軌上和四周阻礙作業(yè)車行進的障礙物以及圍壁明顯侵限情況，全站儀三維坐標法是通過實測某個斷面的上限測點三維坐標，人工描繪斷面形狀，再與設計斷面進行比較，檢查該斷面是否存在侵限問題。這種結合式的方法存在以下幾個缺陷：一是，人工目檢，勞動強度大，漏檢可能性高；二是，全站儀三維坐標法采用一個斷面代表一定長度范圍的隧道輪廓，與實際情況不符；三是，全站儀三維坐標法作業(yè)人員的工作量大，作業(yè)時間長，且成果好差受作業(yè)人員的工作經驗影響較大。而三維激光掃描法，其外業(yè)測量的數據量大，效果好，能精細反映隧道現(xiàn)狀，但目前儀器和后處理軟件價格很高，一般單位難以承受，不具有普遍性。

發(fā)明內容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術的不足，提供快速實現(xiàn)三維形貌建模，給內業(yè)設計人員和外業(yè)施工人員提供隧道狀況詳細數據，包括侵限情況，利于接觸網后植錨栓工程順利開展的一種隧道三維形貌快速建模的方法。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種隧道三維形貌快速建模的方法，包括檢測車,檢測車車輪軸承相應位置設置旋轉編碼器，檢測車車體相應位置設置二維激光雷達和傾角傳感器；旋轉編碼器與控制器PLC連接，并將相應轉換計算后的數據傳送給上位機，二維激光雷達將獲取的相應信息以TCP/IP協(xié)議的通信方式發(fā)送給上位機，傾角傳感器將采集到的X軸、Y軸的傾斜角度以串口通信方式發(fā)送給上位機；

具體的建模步驟如下：

1)數據采集步驟：旋轉編碼器、二維激光雷達和傾角傳感器采集相應的數據，旋轉編碼器將被測的角位移直接轉換成數字信號即脈沖信號，并直接傳輸給控制器PLC，通過控制器PLC的高速計數器對脈沖信號進行計數，以獲得測量結果，控制器PLC再根據預先設置的檢測車的車輪半徑，并可獲取旋轉編碼器最小角位移相對應的行駛距離，從而獲得總行駛里程，并將里程數據以TCP/IP協(xié)議的通信方式發(fā)送給上位機；

二維激光雷達檢測垂直于鐵軌方向的隧道截面，獲得以激光雷達發(fā)射裝置點為原點的截面距離數據，并將測到的截面數據同樣以TCP/IP協(xié)議的通信方式發(fā)送給上位機；

傾角傳感器檢測X軸、Y軸的傾斜角度，并將測到的兩軸傾斜角度數據以串口通信方式發(fā)送給上位機；

2)數據處理步驟：上位機同時開啟三個線程，分別輪詢步驟1)中的三個接收端口，分別保存里程數據、二維激光雷達發(fā)送的截面數據和傾角傳感器發(fā)送的X、Y兩軸的傾斜角度數據；

上位機中剔除里程數變化值小于設定值的里程數據；再根據保存數據的時間戳，選取對應的截面數據與傾斜角度數據并保存；上位機將篩選后保存的里程數據作為Z軸數據，遍歷傾斜角度數據，判斷兩軸傾斜角度數據是否均為零，若是，則按時間戳直接利用已保存的對應截面數據，通過三角函數轉換，將二維激光雷達測量所得距離數據轉換成X軸、Y軸數據；