[发明专利]一种基于激光扫描仪的铁路隧道变形检测方法及其装置

说明书

本发明公开了一种基于激光扫描仪的铁路隧道变形检测方法及其装置。该方法包括：计算激光扫描仪的行进距离；先对局部坐标系与隧道坐标系进行转换，再生成三维坐标组成点云；先确定轮廓曲线，再画圆，最后确定支撑区域；先分别计算两个向量的方向角，再计算曲率角，最后判断曲率角是否位于阈值范围内；删除所有非隧道面数据点；对三维坐标组成点云的点云数据进行平滑处理；将隧道断面数据代入至椭圆转换矩阵中以获得预设椭圆的五个椭圆方程参数，并根据五个椭圆方程参数，确定预设椭圆；计算出预设椭圆的椭圆度，判断铁路隧道的收敛扩张情况和变形状况。本发明能够提高隧道变形的检测效率和精度，减轻人工劳动强度，实现了自动化检测的效果。

技术领域

本发明涉及铁路隧道检测技术领域的一种铁路隧道变形检测方法，尤其涉及一种基于激光扫描仪的铁路隧道变形检测方法，还涉及应用该方法的基于激光扫描仪的铁路隧道变形检测装置。

背景技术

随着我国经济的快速发展，城市人口密度加大，给城市地面交通压力增大，所以各大城市在地下修建隧道，开通地铁来缓解城市地面资源紧张、道路交通占用空间大的问题。但随着城市地铁运行任务的日益繁重，客流量大，地铁隧道线路的安全性和稳定性也成为了各大地铁运营公司关注的新问题。隧道变形较大，影响了地铁的正常营运。隧道的安全性、稳定性与地铁正常运行、乘客的安全具有非常密切的关系，所以对地铁隧道结构状态的定期检测就很有必要。

在现有的隧道养护检测过程中，铁路隧道(包括地铁隧道、高铁隧道、普快铁路隧道等)由于变形较大，而为了能够检测出隧道的变形情况，会对其变形进行定期检测。但是，现有的铁路隧道变形检测方法一般通过普通的人工检测方式或依靠人工仪器进行，这样会造成以下这些问题：1、检测效率低，由于人工检测或通过仪器检测需要人为进行操作，需要耗费大量时间进行实地采样和计算，检测效率不能满足需求；2、检测及测量精度低，这是由于人工检测或通过仪器测量存在测量误差，使得最终的测量结果存在较大的误差值；3、检测量大，导致检测工作迟缓，影响隧道的养护质量。

发明内容

为解决现有的铁路隧道变形检测存在检测效率与精度较差，检测量大而无法及时检测的技术问题，本发明提供一种基于激光扫描仪的铁路隧道变形检测方法及其装置。

本发明采用以下技术方案实现：一种基于激光扫描仪的铁路隧道变形检测方法，其包括以下步骤：

通过激光扫描仪扫描铁路隧道，并计算所述激光扫描仪的行进距离；

先对所述激光扫描仪的局部坐标系与所述铁路隧道的隧道坐标系进行转换，以确定激光扫描仪的扫描点在所述隧道坐标系中的坐标，再将所述坐标与所述行进距离组合并生成三维坐标组成点云；

先确定所述三维坐标组成点云的边界特征点的轮廓曲线，再在所述轮廓曲线上选取一个预设点为圆心并画圆以与所述轮廓曲线相较于两个交点，最后将所述预设点与两个交点所构成的区域作为支撑区域；

先分别计算所述预设点与两个交点所构成的两个向量的方向角，再计算两个方向角在所述支撑区域内的曲率角，最后判断所述曲率角是否位于一个预设的阈值范围内；

在所述曲率角位于所述阈值范围内时，先将构成对应的支撑区域的点作为非隧道面数据点，再删除所有非隧道面数据点，并获得隧道面数据；

通过预设的高斯滤波器对所述三维坐标组成点云的点云数据进行平滑处理以剔除所述隧道面数据中的凸出非隧道面数据，并获得隧道断面数据；

将所述隧道断面数据代入至一个预设的椭圆转换矩阵中以获得预设椭圆的五个椭圆方程参数，并根据五个椭圆方程参数，确定所述预设椭圆的几何中心、长短半轴以及长轴倾角；

计算出所述预设椭圆的椭圆度，并根据长短半轴的变化情况判断所述铁路隧道的收敛扩张情况，还根据所述椭圆度评估所述铁路隧道的变形状况。