[发明专利]一种隧道三维形貌快速建模的方法

说明书

本发明公开了一种隧道三维形貌快速建模的方法，1)数据采集步骤、2)数据处理步骤、3)滤波处理步骤、4)数据增补步骤、5)数据重建步骤；本发明提供快速实现三维形貌建模，给内业设计人员和外业施工人员提供隧道状况详细数据，包括侵限情况，利于接触网后植锚栓工程顺利开展的一种隧道三维形貌快速建模的方法。

技术领域

本发明涉及隧道建模技术领域，更具体的说，它涉及一种隧道三维形貌快速建模的方法。

背景技术

对于在铁路隧道内土建完工、铺轨作业完成进行接触网后植锚栓施工方案来说，保证施工作业车无障碍地行进以及施工前检测确认隧道内围壁、支护等无侵限情况的工作十分重要。该项工作可以减少或避免作业车碰障的风险，提前预判一些侵限情况，及时采取补救措施，保证施工进度和施工质量。然而由于工期等原因，能够用于检测的时间一般很短，任务繁重，因此，提高工作效率，寻求简便可行的检测方法很关键。

目前用于完成上述任务的检测方法主要有人工目检和全站仪测三维坐标相结合的方法、三维激光扫描法。人工目检用于初步排除隧道内铁轨上和四周阻碍作业车行进的障碍物以及围壁明显侵限情况，全站仪三维坐标法是通过实测某个断面的上限测点三维坐标，人工描绘断面形状，再与设计断面进行比较，检查该断面是否存在侵限问题。这种结合式的方法存在以下几个缺陷：一是，人工目检，劳动强度大，漏检可能性高；二是，全站仪三维坐标法采用一个断面代表一定长度范围的隧道轮廓，与实际情况不符；三是，全站仪三维坐标法作业人员的工作量大，作业时间长，且成果好差受作业人员的工作经验影响较大。而三维激光扫描法，其外业测量的数据量大，效果好，能精细反映隧道现状，但目前仪器和后处理软件价格很高，一般单位难以承受，不具有普遍性。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供快速实现三维形貌建模，给内业设计人员和外业施工人员提供隧道状况详细数据，包括侵限情况，利于接触网后植锚栓工程顺利开展的一种隧道三维形貌快速建模的方法。

本发明的技术方案如下：

一种隧道三维形貌快速建模的方法，包括检测车,检测车车轮轴承相应位置设置旋转编码器，检测车车体相应位置设置二维激光雷达和倾角传感器；旋转编码器与控制器PLC连接，并将相应转换计算后的数据传送给上位机，二维激光雷达将获取的相应信息以TCP/IP协议的通信方式发送给上位机，倾角传感器将采集到的X轴、Y轴的倾斜角度以串口通信方式发送给上位机；

具体的建模步骤如下：

1)数据采集步骤：旋转编码器、二维激光雷达和倾角传感器采集相应的数据，旋转编码器将被测的角位移直接转换成数字信号即脉冲信号，并直接传输给控制器PLC，通过控制器PLC的高速计数器对脉冲信号进行计数，以获得测量结果，控制器PLC再根据预先设置的检测车的车轮半径，并可获取旋转编码器最小角位移相对应的行驶距离，从而获得总行驶里程，并将里程数据以TCP/IP协议的通信方式发送给上位机；

二维激光雷达检测垂直于铁轨方向的隧道截面，获得以激光雷达发射装置点为原点的截面距离数据，并将测到的截面数据同样以TCP/IP协议的通信方式发送给上位机；

倾角传感器检测X轴、Y轴的倾斜角度，并将测到的两轴倾斜角度数据以串口通信方式发送给上位机；

2)数据处理步骤：上位机同时开启三个线程，分别轮询步骤1)中的三个接收端口，分别保存里程数据、二维激光雷达发送的截面数据和倾角传感器发送的X、Y两轴的倾斜角度数据；

上位机中剔除里程数变化值小于设定值的里程数据；再根据保存数据的时间戳，选取对应的截面数据与倾斜角度数据并保存；上位机将筛选后保存的里程数据作为Z轴数据，遍历倾斜角度数据，判断两轴倾斜角度数据是否均为零，若是，则按时间戳直接利用已保存的对应截面数据，通过三角函数转换，将二维激光雷达测量所得距离数据转换成X轴、Y轴数据；