[发明专利]基于激光点云的隧道超欠挖检测方法

说明书

本发明公开了一种隧道超欠挖检测方法，包括以下步骤：S1、根据隧道线路的中线资料，设定断面厚度值和宽度值，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。本发明利用三维激光点云数据进行隧道超欠挖检测，采用半径搜索与矩形分割算法，实现断面点云的快速分割；基于多边形相交算法的超欠挖面积统计，适用于多种隧道类型的超欠挖检测；相对于传统的全站仪断面测量方式，其检测效率高、结果全面详实，测量精度满足超欠挖检测要求。

技术领域

本发明涉及隧道超欠挖检测领域，特别是涉及一种采用三维激光扫描仪及其激光点云处理算法进行隧道超欠挖检测的方法。

背景技术

公路、铁路及城市轨道交通等工程的隧道结构，其断面设计形状不尽相同。隧道施工方法有矿山法、盾构法、明挖法、暗挖法等，其施工工艺也有较大区别。无论何种结构类型与何种施工方法的隧道，由于测量及施工过程中产生的误差，实测隧道断面与设计断面在形状和位置上均会存在不一致的情况。采用矿山法、明挖法或者暗挖法的隧道，在施工过程中需要进行隧道的超欠挖检测，以判断隧道净空是否满足设计断面要求，超欠挖不仅影响施工成本，而且对围岩的稳定性也有很大影响。

目前，隧道超欠挖的检测方法主要是采用全站仪或断面仪等设备，逐断面逐点方式进行全断面测量，此类方法检测效率较低，很难满足隧道施工过程中大量超欠挖检测工作的需求。

Wang等人提出将断面点云分别投影至XOY和YOZ平面上，并提取投影点云边缘轮廓线，再将提取的断面线导入AutoCAD中，采用射线相交的方式实现高速公路隧道的超欠挖检测(ZHANG X,LI S,WANG Z.Continuous section extraction and over under breakdetection of tunnel based on 3D laser technology and image analysis；proceedings of the IS&T/SPIE Electronic Imaging,F,2015[C].InternationalSociety for Optics and Photonics)。该方法解决了圆形隧道超欠挖检测问题，其检测效率较常规检测方法有所提高，但是该方法存在以下缺点：

(1)此方法仅适用于圆形隧道，不适用于马蹄形、矩形等其他类型的隧道。由于在提取隧道断面线时，采用截取小段隧道激光点云，分别将此段落的激光点云投影至XOY和YOZ平面上。采用曲线拟合算法分别提取投影面上边缘线，再通过直线拟合算法，提取中线直线，分别计算中心直线与Y轴和Z轴的夹角。利用此夹角，通过坐标变换，将小段截取点云转换至X轴平行方向。只有圆形隧道投影后的边缘线为对称结构，因此该方法不适应于非圆形隧道；

(2)此方法根据设定的角度间隔进行断面点提取，不能够提取隧道特征断面点。由于此方法将提取的隧道断面线导入至CAD中，通过旋转射线的方法提取隧道断面点，再与设计点位进行比较，计算超欠挖。此类方法不能够计算矩形、马蹄形等隧道类型的特征点的超欠挖，而这些特征点的超欠挖计算又非常重要。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种适于多种隧道类型、检测效率高、测量精度满足超欠挖检测要求的隧道超欠挖检测方法。

为此，本发明的技术方案如下：

一种隧道超欠挖检测方法，包括以下步骤：

S1、根据隧道线路的中线资料，设定断面厚度值和宽度值，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。