[发明专利]一种基于三维激光扫描的地下洞室围岩超欠挖量的快速测量方法

说明书

本发明提供一种基于三维激光扫描的地下洞室围岩超欠挖量的快速测量方法，所述方法包括：使用三维激光扫描仪对地下洞室开挖围岩进行多次扫描，收集开挖岩壁的点云数据；对扫描获取的点云进行除噪、拼接、合并处理，建立地下洞室轮廓完整的点云数据；对处理后的点云数据进行模型重构处理，获得洞室开挖岩壁的真实的三维模型；以及采用积分方式获得围岩超欠挖量，即将洞室模型沿洞轴线离散成各个微小洞段，总超欠挖量等于所有微小洞段超欠挖量的累积和。本发明利用高精度扫描仪来快速测量地下洞室施工过程围岩超欠挖的方法，能够解决传统方法对洞室围岩超欠挖量的测量耗时耗力且精度低的问题。

技术领域

本发明属于洞室围岩开挖施工质量评价技术领域，涉及一种基于三维激光扫描的地下洞室围岩超欠挖量的快速测量方法。

背景技术

洞室围岩超欠挖指地下洞室在开挖过程中形成的围岩壁轮廓与设计开挖轮廓之间的偏差，实际开挖的断面在基准线以外的部分称为超挖，在基准线以内的部分称为欠挖。超欠挖的量值直接体现了洞室围岩开挖质量的好坏。

三维激光扫描技术又称为“实景复制技术”，是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术。它利用激光测距的原理，通过高速激光扫描测量的方法，高分辨率、阵列式快速获取物体表面各个点的坐标(x，y，z)、反射率、颜色(R，G，B)等信息，由这些大量、密集的点信息可快速复建出1:1的“实景复制”模型，为后续的内业处理、数据分析等工作提供准确依据。

已有的超欠挖量主要采用如下两种方式进行测量：

1)、通过每间隔一定间距选取一个检测断面，然后采用全站仪在该断面上获取一系列实际开挖岩壁的特征点，进而描绘出开挖断面轮廓，通过开挖断面轮廓与设计断面对比计算超欠挖的面积，将测得的超欠挖量乘以间距长度即近似认为是该段洞室围岩的超欠挖量，然后将所有洞段围岩超欠挖量累加即可求出整个洞室的超欠挖量。

2)、采用断面仪获取开挖断面的轮廓，然后计算该断面的超欠挖面积，之后采用与1)相同的方法计算整个洞室的超欠挖量。

但是，上述两种方法都是通过选取一定间距特征断面来近似计算洞室围岩超欠挖量的，需要花费大量时间来测量描绘检测断面，且测量结果受人为因素影响很大，难以精准获取洞室围岩的超欠挖量。

发明内容

本发明的目的在于，针对传统方法中对洞室围岩超欠挖量所存在的测量耗时耗力且精度低的问题，提供一种基于三维激光扫描的地下洞室围岩超欠挖量的快速测量方法。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种基于三维激光扫描的地下洞室围岩超欠挖量的快速测量方法，其特征在于：所述基于三维激光扫描的地下洞室围岩超欠挖量的快速测量方法包括如下步骤：

步骤1、使用三维激光扫描仪对地下洞室开挖围岩进行多次扫描，收集开挖岩壁的点云数据；

步骤2、对扫描获取的点云进行除噪、拼接、合并等处理，建立地下洞室轮廓完整的点云数据；

步骤3、对处理后的点云数据进行模型重构处理，获得洞室开挖岩壁的真实的三维模型；

步骤4、采用积分方式获得围岩超欠挖量，即将洞室模型沿洞轴线离散成各个微小洞段，总超欠挖量等于所有微小洞段超欠挖量的累积和。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：

作为本发明的优选技术方案：步骤2中，采用点云处理软件对扫描获取的点云进行处理。

作为本发明的优选技术方案：步骤3中，采用Delaunay三角网建模法对处理后的点云数据进行模型重构处理。

作为本发明的优选技术方案：步骤4中，对于每一个微小洞段，其超欠挖量ΔV可以用下式计算：