[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

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，对于三维激光扫描仪获得的隧道表面点云模型，该方法通过构建隧道设计表面模型并单元网格化处理、单元网格向隧道表面点云模型上投影、投影范围内的点云拟合成平面四边形、平面多边形的形心到隧道中轴线上投影中心的距离计算、单元网格对应区域投影区域点云的变形方向的差异判断、变形监测数据筛选和根据单元网格对应位置变形量的大小将隧道表面设计模型彩色化处理，实现对隧道变形监测的整体性分析和可视化处理，本发明对三维激光扫描仪获取的隧道表面点云模型采用网格投影点云处理技术进行处理，能够识别隧道表面剥离、掉块或附着物影响造成的隧道表面点云变形，避免监测分析错误，隧道设计表面模型单元网格化及变形量可视化处理，便于隧道结构变形进行整体性分析，增强了可视化效果。

技术领域：

本发明属于隧道变形监测技术领域，具体涉及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：

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，目前主要有以下两种处理分析方法：

一、使用数据处理软件沿隧道纵深方向在指定里程处垂直于隧道中轴线切取一定厚度的点云，将切取的点云投影在上述指定里程处垂直于中轴线的平面上，对得到的投影进行拟合得到投影的轮廓线作为上述指定里程的隧道断面轮廓线，通过对比不同时期的隧道断面轮廓线，计算出隧道断面轮廓线之间的差值，作为上述指定里程处的隧道变形量；

二、使用数据处理软件将得到隧道内表面的点云构造成三角网模型，在指定里程处垂直于隧道中轴线切出一个断面，进而可以得到指定里程断面上的三角网模型的轮廓线，通过对比不同时期的三角网模型在同一指定里程断面上的轮廓线计算出轮廓线之间的差值，作为上述指定里程处的隧道变形量；

上述隧道变形监测方法存在如下问题：

一、传统方法的变形监测点数量少，无法进行隧道整体性变形分析，隧道收敛变形量监测是通过两个监测点之间距离变化反映隧道收缩或扩张变形，无法准确反映隧道在朝向断面中心的径向方向的变化量，隧道内作业环境差，导致测量误差大、作业效率低，信息反馈形式主要为数字表格和曲线图，可视化效果较差；

二、基于三维激光扫描技术的隧道变形监测方法，可以解决上述传统方法的不足之处，但是隧道表面有剥离、掉块或附着物情况下也会造成点云数据差异，这并不是隧道结构变形导致的，如果不剔除，得到的监测结果并不是隧道结构的真实变形；

针对上述不足之处，本发明提出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，本发明基于三维激光扫描技术获取隧道内表面点云模型，设计了一种网格投影的点云处理技术来实现隧道变形监测的整体性分析；

发明内容

为解决上述问题，该方法是将隧道设计表面模型等分成尺寸相同的多边形单元网格作为投影基准面，将隧道设计表面模型等分成尺寸相同的多边形单元网格作为投影基准面，再将单元网格在隧道表面点云模型上投影范围内的点云拟合成一个平面四边形，同一投影范围不同时期的点云拟合得到平面多边形的形心到隧道中轴线上投影中心的距离之差作为在所述投影位置隧道的变形量，根据上述单元网格对应投影区域点云的变形与其四周相邻的四个单元网格对应区域投影区域点云的变形方向的差异对判断结果进行筛选，根据单元网格对应位置变形量的大小赋予其不同的色彩而得到更加直观的彩色隧道表面设计模型，进而实现对隧道变形监测的整体性分析；

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：