[发明专利]基于三维激光扫描的隧道监控方法

说明书

本发明公开了一种基于三维激光扫描的隧道监控方法，包括以下步骤：a、扫描得到隧道的三维点云数据；b、将三维点云数据进行去噪、拼接处理，得到隧道的整体点云数据；c、设置监控测量断面和监测点，以监测点为中心，提取一定范围的点云数据进行正态分布拟合，计算得到断面的拱顶沉降值和周边收敛值；d、根据隧道监控规范确定隧道拱顶沉降和周边收敛预警阈值，当步骤c得到的拱顶沉降值或周边收敛值超过拱顶沉降或周边收敛预警阈值时进行自动报警；e、每间隔一段时间重复步骤a到步骤d。本发明基于三维激光扫描，实现了对隧道拱顶沉降和周边收敛的监控以及隧道侵限分析及二衬厚度评估，提高了监控的工作效率及范围。

技术领域

本发明涉及隧道监控领域。更具体地说，本发明涉及一种基于三维激光扫描的隧道监控方法。

背景技术

隧道监控量测是隧道工程必不可少的环节，是保证隧道工程安全的重要手段。传统的监控量测是对部分隧道断面的点进行监测，存在效率低、数据量少、工作量大、成本高等缺点，且需提前埋设监控点，这些监控点由于施工等原因可能遭到破坏，从而导致数据无法采集或数据不确定。

三维激光扫描采用激光测距的方式获取隧道的三维坐标，与传统的全站仪相比，无需提前埋设反射片，具有高密度、高精度、数字化、扫描速度快、无需自然光、数据量大，获得隧道的整体点云数据，从而可获得隧道三维整体变形情况。因此将三维激光扫描技术应用于隧道监控，具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种基于三维激光扫描的隧道监控方法，通过将三维扫描数据与设计断面进行对比，分析拱顶沉降情况，得到拱顶沉降值和周边收敛值，并根据经验数据设置隧道拱顶沉降和周边收敛预警阈值，即实现了拱顶沉降值和周边收敛的报警，也直观的展示了隧道的拱顶沉降和周边收敛情况；同时通过将扫描数据与设计断面进行对比，分析断面侵限情况，得到侵限值，同时对初支扫描数据与二衬扫描数据进行对比，评估二衬厚度是否达标，并绘制各侵限分析断面的二维侵限分析断面图和各二衬厚度分析断面的二维二衬厚度断面图，实现了隧道侵限和二衬厚度的直观展示。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供一种基于三维激光扫描的隧道监控方法，包括以下步骤：

a、采用三维激光扫描仪对隧道初支监控区段进行扫描，得到隧道初支监控区段的三维点云数据；

b、将步骤a得到的三维点云数据进行去噪处理后，对去噪后的点云数据进行拼接处理，得到隧道初支监控区段的整体点云数据；

c、根据隧道围岩等级和现场施工方案设置多个里程不同的监控测量断面，并在各监控测量断面上设置多个监测点，然后根据隧道设计的平曲线和竖曲线找到各监控测量断面在步骤b得到的整体点云数据中的对应位置，即得到各监测点在整体点云数据中所在的位置，进而从整体点云数据中以监测点为中心，提取一定范围的点云数据，对提取的点云数据进行正态分布拟合，计算得到各断面的拱顶沉降值和周边收敛值；

d、根据隧道监控规范确定隧道拱顶沉降和周边收敛预警阈值，当步骤c得到的拱顶沉降值或周边收敛值超过拱顶沉降或周边收敛预警阈值时进行自动报警；

e、每间隔一段时间重复步骤a到步骤d，即实现对隧道的拱顶沉降和周边收敛的监控。

优选的是，所述的基于三维激光扫描的隧道监控方法中，步骤c中的监测点包括：至少一个拱顶沉降监测点和至少一对周边收敛监测点，其中同一对周边收敛监测点对称分布。

优选的是，所述的基于三维激光扫描的隧道监控方法中，所述报警信息包括报警时间、报警点所在位置和超过预警阈值的报警值。

优选的是，所述的基于三维激光扫描的隧道监控方法中，所述步骤c之后还包括以下步骤：