[發(fā)明專利]一種隧道斷面超欠挖面積計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210168396.5
• 申請(qǐng)日: 2022-02-24
• 公開（公告）號(hào): CN114241035B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 文言;廉文斌;吳勇生;楊承昆;曾雄鷹;楊彥恒;沈龍傳;趙世民;許晚?xiàng)?/a>
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南聯(lián)智科技股份有限公司
• 主分類號(hào): G06T7/62
• 分類號(hào): G06T7/62;G06T7/13;G06T7/00;G06T5/00
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43214
• 代理人: 張勇;周曉艷

1.一種隧道斷面超欠挖面積計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟A：通過三維激光掃描獲取隧道斷面點(diǎn)云；

步驟B：在隧道斷面上，以位于隧道斷面拱部的設(shè)計(jì)輪廓圓弧段的圓心為坐標(biāo)系原點(diǎn)建立平面坐標(biāo)系，以點(diǎn)云的縱坐標(biāo)排序，獲取點(diǎn)云中縱坐標(biāo)最小值y_min，對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行去噪處理；再計(jì)算點(diǎn)云上每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)方位角和超欠挖值；

將點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建成N行四列的矩陣G＝[x_i，y_i，α_i，D_i]，其中N為點(diǎn)云數(shù)據(jù)中點(diǎn)的總個(gè)數(shù)，x_i、y_i分別為點(diǎn)云數(shù)據(jù)中第i個(gè)點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)，α_i為點(diǎn)云數(shù)據(jù)中第i個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)方位角，D_i為點(diǎn)云數(shù)據(jù)中第i個(gè)點(diǎn)的超欠挖值；

步驟C：根據(jù)超欠挖值將隧道斷面區(qū)分為超挖部分和欠挖部分；

根據(jù)D_i的正負(fù)將矩陣G中的數(shù)據(jù)劃分成超挖部分和欠挖部分；當(dāng)y_min≥0時(shí)，根據(jù)x_i的數(shù)值變化對(duì)超挖部分和欠挖部分的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行排序；當(dāng)y_min＜0時(shí)，根據(jù)y_i的數(shù)值變化對(duì)超挖部分和欠挖部分的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行排序；最終形成N₁行四列的超挖矩陣C和N₂行四列的欠挖矩陣Q，且N₁+N₂＝N；

步驟D：分別對(duì)超挖部分和欠挖部分進(jìn)行分段落積分計(jì)算，獲取該段落中實(shí)測點(diǎn)云輪廓線與平面坐標(biāo)系合圍面積；

當(dāng)y_min≥0時(shí)，以X軸為積分變量，積分區(qū)間為該段落中點(diǎn)云橫坐標(biāo)的最小值至最大值；當(dāng)y_min＜0時(shí)，以Y軸為積分變量，積分區(qū)間為該段落中點(diǎn)云縱坐標(biāo)的最小值至最大值；

以X軸為積分變量時(shí)，對(duì)于所述超挖矩陣C或欠挖矩陣Q，依次對(duì)矩陣中相鄰行的橫坐標(biāo)進(jìn)行比較，當(dāng)矩陣中相鄰行的橫坐標(biāo)差值大于分段閾值I時(shí)，提取這兩行的橫坐標(biāo)；

以Y軸為積分變量時(shí)，對(duì)于所述超挖矩陣C或欠挖矩陣Q，依次對(duì)矩陣中相鄰行的縱坐標(biāo)進(jìn)行比較，當(dāng)矩陣中相鄰行的縱坐標(biāo)差值大于分段閾值I時(shí)，提取這兩行的縱坐標(biāo)；

最終形成M行1列的分段矩陣F＝[x_i]或F＝[y_i]；

當(dāng)分段矩陣的行數(shù)M＝0時(shí)，整個(gè)隧道斷面只有一個(gè)超挖段落或一個(gè)欠挖段落；

當(dāng)M＝2時(shí)，將整個(gè)隧道斷面劃分成兩個(gè)段落；

當(dāng)M＞2時(shí)，以分段矩陣中第一行和第M行的橫坐標(biāo)或縱坐標(biāo)為界，將整個(gè)隧道斷面劃分成三個(gè)段落；

步驟E：通過積分分別計(jì)算隧道設(shè)計(jì)輪廓在對(duì)應(yīng)的超挖段落和欠挖段落中與平面坐標(biāo)系合圍面積；

步驟F：根據(jù)步驟D和步驟E中的面積差值，獲取每個(gè)超挖段落的超挖面積以及每個(gè)欠挖段落的欠挖面積。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隧道斷面超欠挖面積計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟B中，去噪處理時(shí)，去除縱坐標(biāo)在區(qū)間[y_min，y_min+H]的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，其中，H為去噪閾值。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種隧道斷面超欠挖面積計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟E中，當(dāng)點(diǎn)云數(shù)據(jù)中第i個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)方位角落入隧道設(shè)計(jì)輪廓中第k個(gè)圓弧段在平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)方位角區(qū)間時(shí)，通過表達(dá)式2)計(jì)算該點(diǎn)在隧道設(shè)計(jì)輪廓中第k個(gè)圓弧段對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)輪廓坐標(biāo)(x_s，y_s)：

其中，x_k，y_k為第k個(gè)圓弧段在平面坐標(biāo)系中的圓心坐標(biāo)，R_k為第k個(gè)圓弧段的半徑，α_s為該點(diǎn)相對(duì)于第k個(gè)圓弧段的圓心的方位角，通過表達(dá)式3)進(jìn)行計(jì)算：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種隧道斷面超欠挖面積計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟E中，對(duì)設(shè)計(jì)輪廓進(jìn)行段落劃分時(shí)，選取與超挖段落或欠挖段落中進(jìn)行分段的點(diǎn)云坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)輪廓坐標(biāo)對(duì)設(shè)計(jì)輪廓進(jìn)行對(duì)應(yīng)分段。