[发明专利]隧道椭圆度检测分析方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及隧道检测技术，尤其涉及一种隧道椭圆度检测分析方法及系统。

背景技术

随着城市化进程及城市的大规模发展，我国各大城市均在建设高效的地下轨道交通网以解决越来越严重的交通阻塞问题。盾构法以其掘进速度快，自动化高及不影响地面交通与设施等优点在地铁隧道结构建设中被广泛应用。在地铁隧道建成以后，由于所处地质条件差或者周边临近基坑施工等原因，隧道会出现漏水、裂缝、下沉等病害，隧道结构的安全性关系着广大群众的生命及财产安全。

盾构隧道管片在理论上要求是圆形的，但是由于盾构管片在生产、安装、使用过程中均会出现偏差，因此采用椭圆图（也叫不圆度）来量化盾构隧道管片的不圆度。椭圆度是定量分析盾构管片的整体形变的重要参数，地铁隧道盾构法施工设计、验收和保护规范都对盾构管片的椭圆度检测进行了规定和要求。随着城市的发展，盾构隧道的日益增多，对隧道椭圆度的检测也变得日益重要。

隧道椭圆度的计算，关键是在于求得隧道管片的椭圆长短半轴。隧道实际的长半轴不一定在水平方向上，如何根据大量的实际隧道轮廓坐标点确定隧道模拟计算得到长短半轴成为该软件系统的关键。国内外隧道变形主要是对隧道限界进行检测，是根据隧道结构内轮廓线测量数据，在综合考虑线路条件、车辆尺寸及技术参数、轨道参数、管线布置等的基础上，检测设备限界与隧道结构内轮廓线间的有效净空是否满足标准要求，检测轨顶面距离隧道底板的高度是否满足轨道结构标准要求，若不满足则提出调整方案，为线路、轨道的调整提供依据。国内现有的测量手段可分为直接法和间接法。最直接的方法为吊锤法。该方法采用皮尺和铅垂测量隧道管片的长半轴和短半轴。长半轴重水平方向上用皮尺多次量取，找到最长的边认为是长半轴；短半轴通过吊铅垂使铅垂线通过长半轴中心即可确定。该方法适用的前提是认为椭圆的短半轴与铅垂方向平行，但实际情况隧道的长半轴不一定在水平方向上，故具有一定的狭隘性。间接法检测部直接测量长、短半轴，通过测量隧道的表面轮廓，采用椭圆拟合得到椭圆度长短半轴以及椭圆的旋转角度，常见的测量隧道内轮廓表面坐标的方法有全站仪断面扫描法、激光隧道断面仪、移动式三维扫描系统（GRP5000系统）提出采用激光隧道断面仪获取隧道内轮廓数据点，基于MATLAB软件开发出隧道椭圆度的计算程序。该程序导入需经手工处理激光断面仪断面扫描结果，自动拟合椭圆，并计算出椭圆的长轴、短轴及隧道的椭圆度。

基于隧道GRP5000扫描系统扫描生成的隧道轮廓坐标点数据较多，不同的坐标点数据拟合生成的椭圆曲线各不相同，很难找到最佳拟合椭圆曲线。因此，本申请在隧道扫描系统的基础上进行二次研发，该系统连续扫描隧道表面，后期处理可提取单个隧道轮廓断面得到大量连续的坐标点，利用这些坐标点二次研发隧道椭圆度分析软件系统，其主要功能是基于真实隧道轮廓坐标点数据模拟计算出隧道断面椭圆度、长半轴、短半轴和椭圆度等作为隧道工程监管人员的辅助参考资料，保障隧道安全运行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种隧道椭圆度检测分析方法及系统，基于真实隧道轮廓坐标点数据模拟计算出隧道断面椭圆度、长半轴、短半轴和椭圆度等作为隧道工程监管人员的辅助参考资料，可防止安全隐患累积转化为事故缩减的安全事故成本，使隧道施工和运营安全管理中常见的安全隐患得以及时发现，有效避免重大安全责任事故的发生。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种隧道椭圆度检测分析方法，基于隧道扫描系统采集的检测数据，通过获取隧道轮廓坐标点数据，生成椭圆曲线；然后计算最佳拟合椭圆曲线；再计算最佳拟合椭圆的椭圆度。

进一步地，在选取真实的隧道轮廓坐标点数据的步骤中，包括获取轨顶以上内轮廓坐标点数据的步骤。

进一步地，在选取真实的隧道轮廓坐标点数据的步骤中，包括获取隧道衬砌的内表面影像图像数据和隧道衬砌表面各点距离轨道中心线的距离数据。

进一步地，在计算最佳拟合椭圆曲线的步骤中，包括去除飞点数据的步骤。

进一步地，在计算最佳拟合椭圆曲线的步骤中，首先计算单个断面隧道轮廓坐标点数据的初始拟合椭圆曲线，再计算单个断面隧道轮廓坐标点数据的初始拟合椭圆曲线的椭圆度，接着执行去除飞点的步骤，再采用多次迭代拟合来确定单个断面隧道轮廓坐标点数据的最佳拟合椭圆曲线。