[发明专利]一种基于三维激光扫描技术的盾构管片姿态测量方法

说明书

本发明公开了一种基于三维激光扫描技术的盾构管片姿态测量方法，属于盾构管片姿态测量方法技术领域，其技术方案的要点是包括以下方法步骤：步骤S1,测点设置；步骤S2,反射片设置；步骤S3,数据采集；步骤S4,坐标转换；步骤S5,点云拼接；步骤S6,姿态偏差值计算；本发明针对盾构管片的特性，采用三维激光扫描技术，能够高效精确的对盾构管片姿态进行测量。

技术领域

本发明涉及盾构管片姿态测量方法技术领域，特别涉及一种基于三维激光扫描技术的盾构管片姿态测量方法。

背景技术

随着土地资源的日益紧张，21世纪将迎来地下空间开发利用的高潮，盾构法已在城市隧道建造被广泛应用。通过盾构开挖，安装隧道管片，然后注浆固定，从而完成隧道建设工作。盾构隧道施工过程中，一个关键问题就是隧道是否满足设计限界要求，因此测量成型管片姿态一项非常重要的工作，它直接体现了隧道成型后隧道中心线与设计偏差情况，同时也是对导向系统的检核。

盾构管片姿态指的是盾构掘进中,管片相对于隧道中心线以及盾构机位置的偏差量。传统的盾构管片姿态测量一般采用水平尺法，参照图1，根据成环管片的内径，采用铝合金制作一铝合金标尺2，铝合金标尺2长接近内径。在铝合金标尺2正中央位置做标识，并在其侧面贴上反射片4。测量时，将铝合金标尺2水平放置在某一环片上，首先用水平尺3把铝合金标尺2精确整平，使用全站仪采用极坐标法测量铝合金标尺2中心坐标，即为环片中心坐标；再根据水平标尺与管片的空间几何关系推算出的管片中心轴线的实际三维坐标，再与设计值进行比较，即可得出已拼装管片的姿态。

采用水平尺法对盾构管片进行测量需要利用全站仪设站、支点，然后把水平尺逐环摆放在管片上测量，作业时间长，效率低；并且由于水平尺的安装和调节操作精细，受人工操作影响大，影响对盾构管片姿态测量的精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于三维激光扫描技术的盾构管片姿态测量方法，能够高效精确的对盾构管片姿态进行测量。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于三维激光扫描技术的盾构管片姿态测量方法，包括以下步骤：

步骤S1,测点设置，沿隧道长度方向设置测点，确定测点坐标；测点数量M＝L/N,其中L为待测区域长度，N为测点间隔；

步骤S2,反射片设置，在相邻测点的采集重合区域设置反射片，每个采集重合区域反射片的数量至少为三个；使用全站仪对各个反射片中心的施工三维坐标进行采集；

步骤S3,数据采集，在测点位置，使用三维激光扫描仪对管片内弧面上的点坐标进行采集，并且将采集点坐标上传至数据处理系统，形成区段点云数据；

步骤S4,坐标转换，数据处理系统将反射片中心作为坐标转换公共点，将模型点云数据的坐标数据转换为施工绝对坐标系的坐标数据；

步骤S5,点云拼接，数据处理系统将各个相邻测点采集的区段点云数据进行拼接，形成模型点云数据；

步骤S6,姿态偏差值计算，在模型点云数据中，在同一隧道轴向坐标上选取至少三个点坐标，通过选取点的坐标对管片的圆心坐标进行计算，生成拟合圆心坐标；将拟合圆心坐标与设计坐标进行比较，获取管片姿态偏差值。

通过采用上述方案，在对盾构管片姿态进行测量时，根据隧道长度合理布置测点为位置以及数量，在相邻测点的采集重合区域设置反射片并且通过测量确定反射片的坐标值，进而利用反射片中心作为坐标转换公共点，对各个测点位置处采集的点云数据进行坐标转换；通过点云拼接，从而计算确定拟合圆心坐标，进而与设计坐标进行对比，获取管片姿态偏差值；本方案综合采用三维扫描技术、并且通过设置区域公共点，对点云数据进行拼接和坐标转换，从而能够高效准确的对管片姿态偏差值进行计算。

较佳的，在执行步骤S5后，执行步骤S51,采样精简，对模型点云数据进行采样精简。