[发明专利]一种基于网格投影点云处理技术的隧道变形监测分析方法

说明书

本发明公开了一种基于网格投影点云处理技术的隧道变形监测分析方法，包括以下步骤：S1：构建隧道框架，由隧道中轴线和横断面建立隧道设计表面模型，并根据隧道的长宽高建立空间坐标系；S2：在隧道设计中轴线上设立轨道，将激光扫描仪放置在轨道上多次移动。本发明通过在每段a距离建立弧形网线，并根据相邻两个弧形网线之间的点云建立三角网格，并将三角网格较为凌乱位置的弧形网线删除并重新根据点云建立三角网格，并计算出三角形定点的坐标，且根据空间向量计算公式，即可计算出每个三角形的倾斜角度，即监测到的隧道变形量，从而使得可通过计算的数据使得变形量可视，相对与整体运算，运算量较小速度快。

技术领域

本发明涉及隧道变形监测技术领域，具体为一种基于网格投影点云处理技术的隧道变形监测分析方法。

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，目前隧道变形监测的传统方法主要是每隔一段里程在隧道拱部和隧道两侧预埋数个变形监测点，采用全站仪或水准仪测出拱顶监测点的高程变化量作为隧道拱部沉降量，采用全站仪或收敛计测出两个变形监测点之间距离的变化量作为在所述两个测点连线方向上隧道收敛变形量，三维激光扫描仪能够自动快速获取目标物体表面的高密度点云数据，测量精度达到毫米级，是一种新兴的隧道变形监测方法。利用三维激光扫描技术进行隧道变形监测，要先使用三维激光扫描仪获取目标里程区段隧道内表面的点云，再对点云进行数据处理分析。

但是现有技术在实际使用时，对整体点云进行比较，数据量较大，速度较慢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于网格投影点云处理技术的隧道变形监测分析方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括以下步骤：

S1：构建隧道框架，由隧道中轴线和横断面建立隧道设计表面模型，并根据隧道的长宽高建立空间坐标系；

S2：在隧道设计中轴线上设立轨道，将激光扫描仪放置在轨道上多次移动，并使得激光扫描仪从空间坐标系的基准点沿隧道中轴线移动；

S3：激光扫描仪在轨道上扫描隧道，并采集隧道不同Y轴坐标位置的点云数据；

S4：在Y轴坐每隔a段距离根据隧道的宽度和高度建立多个弧形网线，并根据点云在相邻两个弧形网线之间建立三角网格；

S5：根据多次采取的点云数据，对误差点云数据进行滤波去噪；

S6：快速选取不规则三角网格位置，删除该位置的弧形网线，并根据点云数据重新建立三角网格；

S7：将步骤S6中重新建立三角网格中的三角形顶点计算出，并根据三角形的顶点计算出三角形的倾斜角度；

S8：将步骤S7中的三角形定点的空间坐标配合基准点，最终计算出每个三角形的倾斜角度，即监测到的隧道变形量，通过计算的数据使得变形量可视。

优选的，所述空间坐标系以隧道前进的方向为Y轴，隧道剖面的方向为X轴，垂直方向为Z轴，建立的空间坐标系。

优选的，所述步骤S2中激光扫描仪在轨道上往复移动，且移动次数为6次。

优选的，所述步骤S4中a为介于0.01米～0.1米之间的一个特定长度值。