[发明专利]一种基于4D数字图像的隧道大变形检测方法及装置

权利要求书

1.一种基于4D数字图像的隧道大变形检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取隧道大变形检测区域基于一定时间间隔的n期围岩图像；

S2：根据第n期围岩图像建立隧道大变形检测区域第n期实际轮廓曲面模型；

S3：根据所述隧道第n期实际轮廓曲面模型与隧道第1期实际轮廓曲面模型，获取第1期实际轮廓曲面模型顶点集{T}₁中各点到第n期实际轮廓曲面模型的最短距离，确定第n期围岩变形值；

S4：根据所述第n期围岩变形值，对所有拱脚边界点进行调整，重复执行该步骤，直至无边界点被调整；

S5：对隧道第n期实际轮廓曲面模型与第1期实际轮廓曲面模型的对比结果进行可视化展示，根据最大变形值确定颜色偏差范围，将偏差范围划分成若干颜色段；将相应的颜色映射到隧道第1期实际轮廓曲面模型，生成隧道三维彩色云图以实现整体变形展示。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

S21：根据获取的第n期围岩图像，采用运动恢复结构算法SFM重建图像三维稀疏点云{V_M}；

S22：采用PMVS多视图匹配算法，根据图像三维稀疏点云{V_M}，重建图像三维密集点云{V′_P}；

S23：根据控制点坐标，通过旋转、平移及放缩将三维密集点云的坐标转换到施工坐标系下；

S24：采用Delaunay三角剖分算法，根据施工坐标系下的三维密集点云，重建第n期围岩实际轮廓曲面模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

S31：确定计算范围r，对顶点集{T}₁中各点，通过在第n期实际轮廓曲面模型中搜索最近的三角面，根据三角面法向量确定顶点集{T}₁中各点到第n期实际轮廓曲面模型的距离，即第n期围岩变形值；

S32：规定向隧道外侧为正，根据第n期实际轮廓曲面模型中搜索确定的三角面，计算中三角面法向量为正，则S31步骤中变形值计算结果为负；

S33：根据第n期实际轮廓曲面模型中搜索确定的三角面，计算中三角面法向量为负，则S31步骤中变形值计算结果为正。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括步骤S6：

S6：根据隧道三维彩色云图，获取指定位置的隧道模型二维变形分析结果；具体为：采用系统平面法，系统平面包括XY平面、XZ平面和YZ平面；若选取XY系统平面，通过对X方向旋转指定角度x°∈(-180°,+180°)，Y方向旋转指定角度y°∈(-180°,+180°)，确定截面方向，并指定定位里程截面位置z，基于3个变量(x°、y°、z)获取截面方位。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1包括：

在待拍摄的区域布置第一预设数量标记板，所述标记板布设时应均匀布满隧道大变形检测区域；其中任意连续两张图像重叠度大于50％，任一方向包含同一标记板的岩围图像不少于三张。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，控制点坐标是通过全站仪获取标记板的中心坐标作为所述控制点坐标。