[发明专利]一种基于激光数据的隧道变形监测方法、设备及存储设备

说明书

本发明设计了一种基于激光数据的隧道变形监测方法、设备及存储设备，通过激光扫描仪获取隧道不同期的点云数据，对各期的数据进行去噪、拼接，并对不同时期数据进行配准，然后按照一定的间距提取剖面点云数据，利用多维模型到模型的点云比较(Multiscale Model to Model Cloud Comparison，以下简称M3C2)方法对隧道进行变形监测。一种基于激光数据的隧道变形监测设备及存储设备，用于实现基于激光数据的隧道变形监测方法。本发明提供的方法使数据处理的速度加快，精度更高，实用性更强。

技术领域

本发明涉及勘探岩土建筑领域，尤其涉及一种基于激光数据的隧道变形监测方法、设备及存储设备。

背景技术

传统的隧道变形监测一般采用全站仪、收敛计等监测手段，虽然精度较高，但不足之处在于工作效率低，不能实时快速的对整个隧道进行变形监测。随着激光技术的不断发展，激光精度也在不断地提高，使得在较高精度变形监测领域使用激光扫描仪成为一种新方法。目前利用点云数据进行变化检测存在两大类方法，一类方法通过获取隧道点云中轴线、拟合截面数据进行变化监测，另一类方法直接对整体隧道点云进行变化监测。第一种方法选取一定间隔的剖面，提高了监测的效率，但是在对剖面拟合的过程中存在误差；第二种方法对整体点云进行比较，数据量较大，速度较慢。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于激光数据的隧道变形监测方法、设备及存储设备。一种基于激光数据的隧道变形监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：利用激光扫描仪扫描隧道，采集所述隧道不同期的点云数据；

S2：根据不同期的点云数据类型的不同，采用不同的方法对所述点云数据进行滤波去噪；

S3：根据隧道相邻测站间的衔接部分布设的控制标靶，对同一期相邻测站间的点云数据进行拼接；

S4：利用所述控制标靶，对拼接好的不同两期的点云数据根据配准模型进行配准，转换至同一坐标系中；

S5：根据在同一坐标系中的点云数据，对隧道进行全局拟合，确定与隧道轴线平行的提取剖面基线；

S6：根据所述提取剖面基线，对隧道走向的点云数据进行正交方向的断面截取，得到点云剖面；

S7：利用M3C2的方法处理所述点云剖面；

S8：根据M3C2的方法而得到的两点云剖面的距离，即监测到的隧道变形量。

进一步地，在步骤S1中，所述扫描仪为激光扫描仪，以分站式扫描的方式采集点云数据。

进一步地，在步骤S2中，所述点云数据类型的不同，采用不同的方法进行滤波去噪包括：有序的点云数据，采用包括标准高斯的方法、平均值的方法进行滤波去噪；散乱的点云数据，主要包含团状噪声和孤立点噪声，是在栅格网拓扑重建的基础上，采用离散点的K邻域的方法进行滤波去噪。

进一步地，在步骤S3中，所述控制标靶均匀布设的数量为4～5个；以第一个测站为基准站，其后的一个测站分别与相邻的前一个测站进行点云数据的拼接。

进一步地，在步骤S4中，所述配准的步骤包括：根据已知控制点解算不同空间坐标系间的转换关系；根据坐标系间的转换关系，以其中的工程坐标系为基准，将其它坐标系下的点云转换到所述工程坐标系中；配准模型如公式(1)所示：