[发明专利]基于激光点云的隧道超欠挖检测方法

权利要求书

1.一种基于激光点云的隧道超欠挖检测方法，其特征在于,包括以下步骤：

S1、根据隧道线路的中线资料，设定断面点云厚度值和宽度值，进行隧道断面点云的自动分割；

S2、将分割的断面点云投影至XOY平面上，采用凸包提取方法，进行断面点云轮廓线的自动提取，得到实测断面线；

S3、利用隧道设计断面,计算其特征点至所述实测断面线的距离及方位，进行超欠挖的自动检测，

步骤S1中所述的隧道断面点云的自动分割包括以下步骤：

1)线路横断面计算：

利用隧道设计的中线资料，采用等间隔或在指定里程处，计算设计中线对应里程的平面坐标；根据线路设计的纵断面资料，计算所述中线对应里程的隧道中心高程值，进而获得断面点处隧道中心的三维坐标值，如需要计算断面处的轨道中心三维坐标值，则利用轨道与隧道中线设计高度值，将隧道中心高程值改正至轨道顶部高度上；

利用相邻隧道断面点的平面坐标值，设定一定的断面线宽度，计算垂直于相邻断面点连线的横断面线，计算获得的横断面线与相邻断面点连线的法线向量一致，该横断面线在线路中线的平面投影点位于线路断面点上；

2)隧道横断面点云的分割：

利用步骤1)获得的所述横断面线，通过遍历所有激光点云，判断激光点至断面线的纵向距离以及至断面线的正交距离；根据设定的断面点云厚度与断面线的2个端点A和B进行计算，如果点Pi至断面线的纵向距离小于断面线AB的长度，且Pi至断面线的正交距离小于断面点云厚度，则Pi属于此断面点云，利用公式(1)完成隧道断面点云分割，

式中：

Pi：第i个激光点；

Section_k、Section_other：第k个断面的点云、其它断面点云；

Long_Pi、Ortho_Pi：第i个激光点至断面线的纵向距离、正交距离，单位为米；

Length_AB：断面线AB的长度值，单位为米；

Depth：断面点云厚度，单位为米。

2.根据权利要求1所述的隧道超欠挖检测方法，其特征在于：在步骤2)中，首先对隧道点云构建KD tree树形结构；以断面线AB的中点O为圆心，进行半径R的快速搜索，再利用搜索的点云进行矩形分割，所述半径R根据公式(2)进行计算：

Length_AB²+Section_depth²+δ²＝R² (2)

式中：

Length_AB：断面线AB的长度值，单位为米；

Section_depth：断面厚度值，单位为米；

δ：半径阈值，单位为米。

3.根据权利要求1所述的隧道超欠挖检测方法，其特征在于：步骤S2中所述的断面点云轮廓线的自动提取包括以下步骤：

1)断面点云展开：

首先，通过遍历断面点云，计算激光点至隧道横断面线的正交距离，此正交距离值作为点云投影后的X轴的坐标值，在计算正交距离时，忽略激光点和横断面线的高程值，仅计算其二维平面距离；其次，通过遍历断面点云，计算激光点与隧道设计中心或轨道面位置的高程差值，此高程差值作为点云投影后的Y轴坐标值；最后，将激光点云投影展开的正交距离和高程差值进行结合，得到断面点云在XOY平面上的投影坐标值；

2)断面结构线提取：

首先，依据断面点云投影后的X坐标值，将断面点进行排序；其次，遍历排序后的断面点云，如果此断面点与之前两个点的方向不是逆时针，则判断其为轮廓点，移除最后一个点，继续进行下一个点的判断；最后，将分别获取的断面轮廓线顶部和底部的轮廓线进行连接，得到隧道实测断面线。

4.根据权利要求3所述的隧道超欠挖检测方法，其特征在于：在步骤2)中，根据邻域点的距离统计分析，设定判断准则进行“离群点”的判断，剔除孤立噪声点。