[发明专利]基于BIM的多维成像融合技术实现隧道爆破质量数字化的方法

权利要求书

1.一种基于BIM的多维成像融合技术实现隧道爆破质量数字化的方法，其特征在于，包括多源数据采集模块、BIM融合模块、BIM重构后处理模块和综合信息管理模块；多源数据采集模块将采集到的各类地质信息导入BIM融合模块，然后进行点云数据处理，归集为多源异构融合数据库，进而传输至BIM重构后处理模块，进行点云数据、影像数据信息的三维重构与后处理，最后传输至综合信息管理模块，进行隧道爆破质量数字化评价与控制的各类管理与应用；

所述的多源数据采集模块包括2个子模块，即扫描子模块和岩样采集子模块；

扫描子模块利用隧道断面二维扫描、三维激光扫描、红外热像扫描和高速摄影技术实现频繁爆破时隧道地质信息的采集；

岩样采集子模块利用核磁共振成像技术和CT扫描成像技术采集隧道爆破质量数字化所需的典型岩样信息；

其中：

隧道二维扫描采集的数字化评价指标有超挖量、欠挖量、超挖面积、欠挖面积和隧道爆破断面图；

三维激光扫描获取隧道爆破质量数字化所需的三维数字模型图、超挖体积、欠挖体积和隧道收敛值指标；

红外热像扫描采集隧道爆破质量数字化所需的最大红外温度、最小红外温度、平均红外温度和三维红外温度场指标；

高速摄影采集不同时间下隧道爆破破岩图像、不同时间下隧道围岩动态图像和不同时间下隧道衬砌变形图像指标；

核磁共振成像技术是采集岩心T2谱分布和核磁共振成像图像参数，用于采集岩石的渗透率、孔隙度和孔隙结构特征；

CT扫描成像技术采集岩石内密度分布和CT扫描成像图像参数，用于表征岩石的孔隙结构特征，识别微裂隙的演化，构建三维数字岩心。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的BIM融合模块指以BIM为平台对多维数据采集模块获取的多维数据进行融合处理，包括点云数据融合子模块和影像融合子模块，然后归集为多源异构融合数据库；

点云数据融合子模块是对隧道断面二维扫描、三维激光扫描采集的点云数据进行融合，包括二维点云数据预处理、三维点云数据预处理2个方面；

二维点云数据预处理实现的步骤有：(1)二维点云数据导入BIM平台；(2)坐标处理；(3)错误数据去除；(4)数据修补；(5)噪音去除；

三维点云数据预处理实现的步骤为：(1)三维点云数据导入BIM平台；(2)实景图像数据细分；(3)数据优化重组；(4)点云叠加优化；

影像融合子模块是对红外热像扫描、高速摄影、核磁共振成像和CT扫描成像采集的多源影像数据进行多维分解、多尺度融合系数确定和贝叶斯融合3方面的工作；

多维分解是对红外热像扫描、高速摄影、核磁共振成像和CT扫描成像采集的原始影像分别进行均匀离散曲波变换分解，得到不同尺度，不同方向下的子带系数，即(1)构建曲波窗函数；(2)多尺度滤波器组信号分析；

多尺度融合系数确定是依据平均值选取规则和最大模值选取规则，对红外热像扫描、高速摄影、核磁共振成像和CT扫描成像采集的原始影像的低频系数、高频系数进行合并优化处理，得到多维多尺度高频融合系数和低频融合系数；

贝叶斯融合是基于贝叶斯网络，将高频融合系数、低频融合系数作为先验概率，然后再进行均匀离散曲波逆变换，得到优化后的多尺度融合图像。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的综合信息管理模块包括4个子模块，即综合评价子模块、智能控制子模块、图像管理子模块、信息反馈子模块；

综合评价子模块是利用定量化的隧道爆破质量评价指标进行数字化评价，包括综合评价指标集、综合评价分值、综合评价等级和评价值定量化输出；其中，综合评价指标集包括超挖量、欠挖量、超挖面积、欠挖面积、超挖体积、欠挖体积和炮眼痕迹保存率指标；综合评价分值是对评价结果进行定量化，设总分为100分，最低分为0分；综合评价等级根据综合评价分值进行确定，共分5个等级，即优、良、中、合格或差；通过综合评价子模块，可实现隧道爆破质量各类评价指标的定量化输出，输出的转换格式有PDF、DOC、LSX或OPJ；

智能控制子模块是对隧道爆破质量进行动态决策控制，包括综合控制指标集、综合控制分值、综合控制等级、控制值定量化输出；其中，综合控制指标集包括围岩类别、掌子面几何尺寸、涌水状态、岩石类型、掌子面风化程度、孔隙度、节理间距、节理宽度指标；综合控制分值设总分为100分，最低分为0分；综合控制等级根据综合控制分值进行确定，共分5个等级，即优、良、中、合格、差；通过智能控制子模块，可实现隧道爆破质量控制各类指标的定量化输出，输出的转换格式PDF、DOC、LSX、OPJ；

图像管理子模块是再现隧道爆破质量的各个场景，包括多源图像可视化输出、多源图像多功能显示，以实现隧道爆破质量的可视化演示；输出的影像指标包括二维实景图、三维实景图、红外热像图、高速摄影图、核磁共振成像图、CT扫描成像图；通过图像管理子模块可实现对各类图像进行缩放、旋转、平移、切片、隐藏、分块显示功能；

信息反馈子模块是实现综合评价、智能控制与图像管理的互联互通，包括评价效果分析、控制建议和图像效果指标。