[發(fā)明專利]基于三維激光技術的施工隧道初支侵限檢測裝置與方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310089406.0
• 申請日: 2023-02-03
• 公開（公告）號: CN116291727A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設計）人: 張?zhí)餄?/a>;崔立樁;鄭廣順;劉健;李心秋;呂高航;解全一
• 申請（專利權）人: 山東高速基礎設施建設有限公司;山東大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;E21D9/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權代理有限公司 37221
• 代理人: 王雪

1.基于三維激光技術的施工隧道初支侵限檢測裝置，其特征在于，包括：安裝在隧道內(nèi)壁上的懸臂支座，所述懸臂支座上安裝有雙向俯仰機構(gòu)，所述雙向俯仰機構(gòu)上安裝有三維激光雷達，所述三維激光雷達上安裝有測量棱鏡；所述雙向俯仰機構(gòu)、三維激光雷達和測量棱鏡均與上位機通信；

所述雙向俯仰機構(gòu)，用于帶動三維激光雷達與測量棱鏡；

所述三維激光雷達，用于獲取施工隧道初次襯砌的三維點云數(shù)據(jù)，并上傳至上位機；

所述測量棱鏡用于建立大地坐標系和三維激光雷達相對坐標系，根據(jù)已知控制點坐標計算得到三維激光雷達的絕對坐標，并上傳至上位機；

所述上位機，用于根據(jù)所述三維點云數(shù)據(jù)，結(jié)合三維激光雷達的絕對坐標，進行整體侵限檢測分析和初支局部侵限檢測分析。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于三維激光技術的施工隧道初支侵限檢測裝置，其特征在于，所述懸臂支座通過膨脹螺栓安裝在施工隧道仰拱附近。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于三維激光技術的施工隧道初支侵限檢測裝置，其特征在于，所述帶動三維激光雷達與測量棱鏡包括，帶動三維激光雷達與測量棱鏡俯仰擺動和周向旋轉(zhuǎn)。

4.根據(jù)權利要求1所述的基于三維激光技術的施工隧道初支侵限檢測裝置，其特征在于，所述三維點云數(shù)據(jù)包括覆蓋當時初支表面點的空間位置坐標信息。

5.根據(jù)權利要求1所述的基于三維激光技術的施工隧道初支侵限檢測裝置，其特征在于，所述三維激光雷達根據(jù)監(jiān)控量測要求在規(guī)定的時間間隔內(nèi)進行自動掃描作業(yè)。

6.基于三維激光技術的施工隧道初支侵限檢測方法，其特征在于，采用權利要求1-5任一項所述的基于三維激光技術的施工隧道初支侵限檢測裝置包括：

建立大地坐標系和三維激光雷達相對坐標系，根據(jù)已知控制點坐標計算得到三維激光雷達的絕對坐標；

獲取施工隧道初次襯砌的三維點云數(shù)據(jù)；

基于三維激光雷達的絕對坐標和三維點云數(shù)據(jù)，進行整體侵限檢測分析和初支局部侵限檢測分析。

7.根據(jù)權利要求6所述的基于三維激光技術的施工隧道初支侵限檢測方法，其特征在于，在獲取施工隧道初次襯砌的三維點云數(shù)據(jù)之后包括：對三維點云數(shù)據(jù)進行濾波降噪、插補、精簡和位姿調(diào)正處理，獲得隧道走向平行于笛卡爾坐標系某一坐標軸的三維點云數(shù)據(jù)；

隧道切片投影，并沿隧道中軸線平行方向?qū)⑷S點云數(shù)據(jù)分割為等間隔切片，對每個切片進行向切片中面的降維投影，以沒有厚度切片中面替代厚度切片，同時保留切片點云數(shù)據(jù)。

8.根據(jù)權利要求7所述的基于三維激光技術的施工隧道初支侵限檢測方法，其特征在于，所述整體侵限檢測分析的過程包括：

將切片點云數(shù)據(jù)進行按高程方向裁切，通過RANSAC或最小二乘法對裁剪后的分段輪廓的切片投影進行圓擬合；

獲取擬合圓的圓心坐標及半徑R參數(shù)；

將獲取的圓心坐標及半徑R等參數(shù)與隧道設計參數(shù)進行對比分析，判斷該隧道初支是否發(fā)生變形侵限。

9.根據(jù)權利要求8所述的基于三維激光技術的施工隧道初支侵限檢測方法，其特征在于，所述初支局部侵限檢測分析的過程包括：

根據(jù)初支發(fā)生整體侵限的目標區(qū)域，對目標區(qū)域的切片點云數(shù)據(jù)通過Octree建立超體素，并計算每個體素的在鄰域范圍內(nèi)的曲率，通過對比鄰域內(nèi)曲率的差值，確定初支局部侵限位置。

10.根據(jù)權利要求6所述的基于三維激光技術的施工隧道初支侵限檢測方法，其特征在于，在檢測出初支整體侵限和局部侵限后，對侵限變形速率進行監(jiān)測包括：基于隧道初支結(jié)構(gòu)的多時三維點云數(shù)據(jù)，對每期初支點云數(shù)據(jù)通過Octree建立體素，并對每個體素進行編碼；對相同編碼的體素進行對比分析，計算點云體素重心的空間坐標差異，其差異即為侵限變形值；根據(jù)侵限變形值與侵限變形時間的比值，得到侵限變形速率。