[发明专利]一种基于三维点云的巷道超欠挖检测方法及系统

说明书

本发明公开一种基于三维点云的巷道超欠挖检测方法及系统，首先对点云数据进行预处理，将巷道设计要求的模型点云数据与三维重建后的巷道点云数据使用改进的最近点迭代算法—PassThroughFilter‑ICP算法进行配准；其次对点云进行坐标系转换，与柱坐标系相结合对点云划分栅格，储存两点云在相同栅格处的极径，然后作差以获得超欠挖数值；最后为达到一个较为直观的效果，进一步对重建后的巷道点云进行可视化渲染，并在显示器上显示。相较于传统的全站仪等巷道超欠挖检测方法，本发明的方法易于实施，效率高，极大的提升了巷道超欠挖检测的实时性，并且有直观的可视化模块，便于施工人员实时检测巷道超欠挖情况。

技术领域

本发明涉及巷道施工技术领域，尤其涉及一种基于三维点云的巷道超欠挖检测方法及系统。

背景技术

在巷道施工过程中，掘进时难以避免遇到断面超欠挖的情况，为有效控制超挖欠挖，保证施工进度，控制施工成本，巷道断面超欠挖检测是施工过程中不可或缺的关键环节。巷道超挖欠挖是以设计的巷道开挖轮廓线为基准线，实际开挖获得的断面在基准线以外的部分为超挖，在基准线以内的部分则称为欠挖。超挖带来的后果是回采巷道会造成后期回采的过程中超前支护浪费材料，同时支护效果不好，存在安全隐患。欠挖后果是可能在后期工作中在运输、行人还有支护上造成更大的麻烦，甚至有时候需要再次爆破进行修正，同样的浪费材料和人力。

中国专利“CN109598714A”提出了一种基于图像三维重建及网格曲面的隧道超欠挖检测方法，通过照片三维重建得到隧道真实开挖轮廓曲面，并通过与网格化的隧道设计开挖轮廓曲面进行对比，得到隧道超欠挖检测情况。但在巷道环境中，光照情况较差，这会严重影响采集数据这一环节，进而影响重建以及评估精度。

中国专利“CN109470206A”提出了应用于隧道测量的三维激光扫描系统，通过三维激光扫描仪、棱镜、全站仪等数据处理系统采集数据，所述数据预处理系统用于将采集的数据导入到软件中，可寻找球棱镜位置，后视定向完成点云定位定向，对数据预处理完成后，进行隧道测量评估。该方法依赖于全站仪的使用，无法在线实时的对巷道超欠挖情况进行评估。

在测量巷道的超欠挖方面，中国矿业大学邹宝平等基于隧道数据采集模块、隧道数据前处理模块和隧道三维可视化模型构建模块等提出了隧道爆破质量三维可视化数字模型构建的方法，通过隧道数据采集模块采集了雷达数据，通过Geomagic Studio对点云进行了处理，建立了隧道爆破质量三维可视化数字模型，并对隧道开采做出评价。该种方法在开采完成时并没有对其进行质量的自动评估，带来一定操作上的复杂化，不利于施工人员的操作。

通过对以上目前现有的巷道超挖欠挖评估方法进行分析，可以得知这些方法具有一定的不准确性及危险性，并且在巷道掘进完成时并没有对其进行质量的自动评估，带来一定操作上的复杂化，不利于施工人员的操作。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于三维点云的巷道超欠挖检测方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于三维点云的巷道超欠挖检测方法，包括如下步骤:

步骤1：采用巷道三维重建方法得到三维重建后的巷道点云数据，并同时获得巷道设计要求的模型点云数据；

步骤2：将三维重建后的巷道点云数据与巷道设计要求的模型点云数据进行配准对齐；

进一步的，所述将三维重建后的巷道点云数据与巷道设计要求的模型点云数据进行配准对齐时，以巷道设计要求的模型点云数据中的地面和巷道的中心线为配准基准。

进一步的，所述将三维重建后的巷道点云数据与巷道设计要求的模型点云数据进行配准对齐采用基于地面与墙面为特征的最近点迭代配准算法ICP进行配准。

进一步的，所述采用基于地面与墙面为特征的最近点迭代配准算法ICP进行配准的过程如下：