[发明专利]基于三维激光扫描的岩体隧道掌子面分析反馈集成系统

说明书

本发明涉及一种基于三维激光扫描的岩体隧道掌子面分析反馈集成系统，包括：掌子面三维激光扫描装置，采用三维激光扫描技术，记录三维点云数据，并对外发送；后台非连续数值分析装置，进行点云数据的三维重构和信息自动提取，建立三维非连续数值模型并进行分析，将分析结果通过数据远程传输模块反馈给位于施工现场的移动终端；岩体隧道数据远程传输装置，分别连接掌子面三维激光扫描装置、移动终端和后台非连续数值分析装置，用于转发数据。与现有技术相比，本发明实现岩体隧道掌子面信息精细化和快速获取、分析及反馈，可有效保障施工质量、安全和进度。

技术领域

本发明涉及岩体隧道工程技术领域，尤其是涉及一种基于三维激光扫描的岩体隧道掌子面分析反馈集成系统。

背景技术

结构面在岩体中广泛存在，且对岩体力学参数和稳定性有显著影响。岩体隧道掌子面中重要结构面信息的精细化和快速的获取、分析及反馈可直接影响隧道施工的质量、安全和进度。目前对掌子面信息采集主要是通过肉眼观察和手工记录，这种方式精度差且易受环境和人员主观因素影响。所采集的信息需要传输到数值分析的后端以快速分析得到结果反馈给现场，而目前缺少对岩体隧道掌子面信息精细化和快速获取、分析及反馈的系统

中国专利CN106092325A公开了一种获取隧道掌子面节理信息的系统及方法，包括金属粉供应装置和视频图像采集模块，利用金属粉氧化反应的强放热性，改变节理处的热分布场，用以区分节理与掌子面其他岩体。但其测量需要将掌子面用金属粉覆盖且需待其充分反应，测量效率相对较低，且仅能得到节理的二维面上的信息。

中国专利CN106225770A公开了一种隧道掌子面地质多维数字化记录识别方法及系统，利用摄像装置、红外测温仪、激光测距仪获取掌子面结构面和纹理特征并建立三维地质结构模型。但仅能得到节理二维面上的信息，摄像装置需有照明装置辅助，易受现场环境影响。

现有的与本发明相近的技术仅能得到掌子面表面二维图像信息，易受现场环境影响，仅有信息采集和节理识别的功能，在信息的精细化采集、快速传输、分析和反馈方面还有很大欠缺。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于三维激光扫描的岩体隧道掌子面分析反馈集成系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于三维激光扫描的岩体隧道掌子面分析反馈集成系统，包括：

掌子面三维激光扫描装置，采用三维激光扫描技术，记录三维点云数据，并对外发送；

后台非连续数值分析装置，进行点云数据的三维重构和信息自动提取，建立三维非连续数值模型并进行分析，将分析结果通过数据远程传输模块反馈给位于施工现场的移动终端；

岩体隧道数据远程传输装置，分别连接掌子面三维激光扫描装置、移动终端和后台非连续数值分析装置，用于转发数据。

所述系统还包括用于承载掌子面三维激光扫描装置并调整掌子面三维激光扫描装置的高度和位置的伸缩支架，所述掌子面三维激光扫描装置固定于伸缩支架上。

所述后台非连续数值分析装置包括：

前处理模块，用于进行点云数据的三维重构和信息自动提取，建立三维非连续数值模型；

三维数值模型分析模块，与前处理模块连接，用于基于关键块理论和非连续变形分析等数值方法对三维非连续数值模型进行稳定性分析；

后处理模块，与三维数值模型分析模块连接，用于将稳定性分析结果通过岩体隧道数据远程传输装置反馈给现场。

所述前处理模块包括：

结构面产状的自动提取单元，基于点云数据提取结构面产状；

结构面迹线的自动提取单元，基于点云数据提取结构面迹线；