[发明专利]一种基于点云数据提取盾构隧道管片张开量的方法

权利要求书

1.一种基于点云数据提取盾构隧道管片张开量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：点云数据的获取

对于站式三维激光扫描仪，为获取精确点云数据，选取测站间距和扫描分辨率；在测站间距和扫描分辨率确定后，进行现场扫描获取隧道点云数据；

第二步：点云数据的噪点处理

为了得到完整而理想的高质量点云数据，需要对扫描得到的原始点云数据进行去噪过程，去除无效数据，点云数据去噪也称为点云数据滤波；采用RANSAC算法；

第三步：盾构隧道断面的提取

在隧道的整体点云数据处于绝对坐标系下后，为能够提取不同里程、不同环数的断面，运用圆柱体与平面相交的空间关系，使盾构隧道的点云数据经过旋转使其母线平行坐标系的某一坐标轴，然后通过合理设置断面点到平面的距离来截取断面；

第四步：管片张开量的提取

将第三步获取的横断面点云数据投影到二维平面，通过椭圆拟合计算椭圆中心点坐标，计算横断面点到椭圆中心点的距离，然后建立以所有断面点到断面中心点的距离为纵轴，根据每个点对应的弧长为横轴的散点图，根据散点图的横坐标测量相邻管片拼接处纵缝的弧长大小，将其与管片设计嵌缝宽度的差值来判断管片张开量的大小。

2.根据权利要求1所述的一种基于点云数据提取盾构隧道管片张开量的方法，其特征在于，所述第三步中利用圆柱体与平面相交的空间关系提取隧道横断面，具体步骤包括如下：

1)为了得到隧道母线与坐标轴的夹角，首先设任意一个里程坐标下平面的法向量为n^→＝(0,1,0)，用以截取盾构隧道的平面；利用Dandelin双球确定椭圆的焦点并且使用切线长定理的空间推广，利用椭圆的定义判断斜交线为椭圆；其次令盾构隧道的母线与截平面的法向量即坐标y轴的夹角为α，即xoz面与y轴夹角弧度；再取一平面截取圆柱体，令该平面的法向量为m^→＝(0,0,1)，并且使该平面通过椭圆中心，求两条斜交线与坐标y轴夹角的算术平均值为β，即xoy面与y轴夹角弧度；然后，将原始盾构隧道点云数据经过旋转、平移，使盾构隧道点云数据的母线平行于坐标y轴；

2)根据隧道的设计文件，得到不同里程或环数断面的设计坐标(X,Y,Z),利用平面的法向量和设计坐标得到该平面的方程；

y-Y＝0 (3)

3)利用经过旋转、平移之后的盾构隧道表面的点云数据到该平面的距离进行截取隧道横断面；合理设置点到平面距离δ，根据公式(4)进行隧道的断面厚度的设置：

|y-Y|＜δ (3)。

3.根据权利要求1所述的一种基于点云数据提取盾构隧道管片张开量的方法，其特征在于，所述第四步，具体步骤为：

1)提取任意里程的的横断面点云数据，按极坐标展开，建立以所有断面点到断面中心点的距离为纵轴，每个点对应的弧长为横轴的散点图；

2)根据管片结构的特点，当错台过大时必然产生相应的接缝处的张开，根据环内错台量的大小，判断管片张开量的有无；

3)根据相邻管片的纵缝宽度与设计嵌缝宽度的差值来判断隧道同一环相邻管片张开量的大小。