[发明专利]一种基于激光扫描的地铁隧道限界动态检测方法

说明书

本发明涉及一种基于激光扫描的地铁隧道限界动态检测方法，主要解决隧道车辆限界、设备限界及建筑限界快速动态检测等技术问题。所述的地铁隧道限界动态检测方法包括步骤：S1、构建统一直角坐标系统及坐标系统修正；S2、利用地铁隧道变形检测车采集隧道内轮廓空间数据和定位数据；S3、数据预处理；S4、基于扫描数据对隧道限界进行实时分析；S5、保存当前扫描点云、轨面倾角、里程和限界几何模型数据，并输出隧道限界分析结果；S6、重复步骤S2~S5，可实时完成整个隧道的限界动态检测。

技术领域

本发明涉及一种基于激光扫描的隧道限界检测方法，特别是公开一种基于激光扫描的运营地铁隧道限界动态检测方法，应用于隧道工程检测领域。

背景技术

地铁作为城市轨道交通中最为重要的一员，在承担城市交通运输中发挥着越来越重要的作用。随着地铁的运营时间增长，其隧道结构由于受材料劣化及外部荷载等作用，会产生变形，此外，轨道长时间列车振动荷载作用下，亦会产生弯曲变形。另外，隧道内安装的设备受长时间列车振动影响，可能导致松动或脱落从而导致地铁限界的改变，这些对列车的正常运营会造成安全隐患或危害，需要不定期对地铁限界进行检测，以判断是否侵限。

传统的地铁限界检测方法以人工巡检为主，辅助皮尺、触杆、全站仪等设备进行检测，速度慢、效率低、成本高，对作业人员技术要求高，并且随着“地铁天窗”时间越来越少，已逐渐满足不了地铁限界检测作业要求。近年来，国内外学者对隧道限界快速检测也开展了相关研究。周世明等人研究了基于移动激光扫描三维点云的隧道限界检测方法，但需要后期对点云数据分割处理后进行隧道限界检测，不能实时检测。王敏等人研究了利用三维激光扫描仪进行地铁隧道限界测量，该方法需要现场设站，并且仍需要后期对数据处理才能进行限界分析，不能实时检测，且作业效率较慢。

综上，迫切需要一种经济、便捷、准确、非接触的隧道限界动态、实时检测方法。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的缺陷，设计一种基于激光扫描的地铁隧道限界动态检测方法，能快速准确实时地判断隧道限界是否侵限，为隧道运营检查提供新的检测方法。

本发明是这样实现的：一种基于激光扫描的地铁隧道限界动态检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、构建统一直角坐标系统及坐标系统修正；

所述步骤S1的具体操作如下：

（1）采用地铁隧道的建筑限界坐标系为统一的直角坐标系，记为C_aS，该坐标系为正交于轨道中心线的直角坐标，通过两轨道轨顶中心连线的中点O引出的水平坐标轴，用Y表示；通过该中点垂直于水平轴的坐标轴用Z表示，

（2）二维激光扫描仪自带的坐标系，记为Css，Css为：原点为扫描镜头的中心点，水平向左为Y轴，竖向为Z轴，运动方向为X轴，

（3）坐标系Css向坐标系C_aS转换公式：

（1）

式中，为二维激光扫描仪自带坐标系Css中坐标值；为统一的直角坐标系C_aS中坐标值；、、为激光扫描仪安装位置固定参数，分别为距离两轨道轨顶中心连线的中点O的水平距离、高度及扫描仪安装倾角，该三参数地铁隧道变形检测车出厂时可确定；β为左右轨道面的倾角。

S2、利用地铁隧道变形检测车采集隧道内轮廓空间数据和定位数据；

所述步骤S2的具体操作如下：

（1）地铁隧道变形检测车采集设备包括二维激光扫描仪、编码器、二维倾角仪和笔记本电脑，

（2）通过地铁隧道变形检测车的二维激光扫描仪对隧道内轮廓断面进行360°扫描，获得隧道内轮廓断面的激光扫描点云数据，记为C，