[发明专利]一种基于地面激光扫描点云的盾构隧道断面提取方法

说明书

本发明涉及盾构隧道断面测量技术领域，具体涉及一种基于地面激光扫描点云的盾构隧道断面提取方法，包括通过地面激光对隧道进行扫描，得到盾构隧道断面位置，并计算提取所述盾构隧道断面位置的中心坐标；基于所述中心坐标确定隧道断面方程；基于所述隧道断面方程确定隧道断面内的射线方程；基于所述射线方程确定断面点；基于所述断面点进行断面拟合后重采样，得到最终隧道断面，通过地面激光对隧道进行扫描，全过程无需人工进入隧道进行测量，并采用了断面拟合后重采样，确保最终提取得到的断面点完整且连续从而提高测量效率和精度，解决了现有的隧道断面测量方法在测量耗时较长，降低了测量效率的问题。

技术领域

本发明涉及盾构隧道断面测量技术领域，尤其涉及一种基于地面激光扫描点云的盾构隧道断面提取方法。

背景技术

地铁交通是解决城市化进程中交通拥挤问题的有效办法，然而复杂的地下空间结构、地面、周边建筑物负载及土体扰动等都对隧道安全造成了很大隐患，同时由于地铁线路多分布在城市繁华、建筑和人群都较为密集区域，地铁隧道结构安全的安全监测尤为重要。

隧道的安全监测主要依靠隧道断面测量。传统的隧道断面测量主要使用全站仪或者收敛计对每个隧道断面进行测量。

基于全站仪的人工测量方法所需观测时间长，劳动强度大，观测精度受到人为影响和环境影响较多；同时由于隧道内的监测点有限，所以无法反应隧道整体的变形趋势。使用收敛计进行测量时需事先在待测点位上安装固定挂钩，然后将收敛计悬挂在两端的挂钩上进行测量；该方法虽然可以获取很高的测量精度，但是这种接触式的测量不仅费时费力，而且会对盾构体产生破坏。因此，隧道断面测量需要一种高精度、高效率、自动化的测量方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于地面激光扫描点云的盾构隧道断面提取方法，旨在解决现有的隧道断面测量方法在测量耗时较长，降低了测量效率的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于地面激光扫描点云的盾构隧道断面提取方法，包括以下步骤：

通过地面激光对隧道进行扫描，得到盾构隧道断面位置，并计算提取所述盾构隧道断面位置的中心坐标；

基于所述中心坐标确定隧道断面方程；

基于所述隧道断面方程确定隧道断面内的射线方程；

基于所述射线方程确定断面点；

基于所述断面点进行断面拟合后重采样，得到最终隧道断面。

其中，所述通过地面激光对隧道进行扫描，得到盾构隧道断面位置，并计算提取所述盾构隧道断面位置的中心坐标的具体方式为：

通过地面激光对隧道进行扫描，得到盾构隧道断面位置；

基于所述盾构隧道断面位置，设定隧道轴线方程；

获取指定中心的横坐标；

将所述横坐标带入所述隧道轴线方程，得到中心坐标。

其中，所述基于所述中心坐标确定隧道断面方程的具体方式为：

求取所述中心坐标的轴线方向向量；

基于所述轴线方向向量确定隧道断面的法平面表达方程。

其中，所述基于所述隧道断面方程确定隧道断面内的射线方程的具体方式为：

基于所述法平面表达方程求取法平面内任意一点的方向向量，得到目标方向向量；

将所述轴线方向向量乘以所述目标方向向量，得到另一方向向量；

对所述目标方向向量和另一方向向量进行归一化处理，得到任意向量；

基于所述任意向量和所述中心坐标确定射线方程。