[发明专利]一种隧道超欠挖可视化展示方法和系统

说明书

本申请公开了一种隧道超欠挖可视化展示方法和系统，本方法包括：建立目标隧道的实际开挖三维模型和设计开挖三维模型，并对模型进行三维可视化展示；基于实际开挖三维模型和设计开挖三维模型，根据模型树构建索引关系，得到三维空间的开挖面，进而获取三维模型的二、三维视图信息；基于隧道超欠挖参量计算公式，计算隧道超欠挖参量；基于隧道超欠挖参量，对实际开挖三维模型和设计开挖三维模型进行对比计算，并进行隧道超欠挖可视化展示。本系统包括实际开挖数据模块、实际开挖模型模块、设计开挖模型模块、模型树模块、超欠挖计算模块、超欠挖结果输出模块。本申请检测效率高、结果全面详实，测量精度满足超欠挖检测的要求。

技术领域

本申请属于隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道超欠挖可视化展示方法和系统。

背景技术

公路、铁路及城市轨道交通等工程的隧道结构，其断面设计形状不尽相同。隧道施工方法有矿山法、盾构法、明挖法、暗挖法等，其施工工艺也有较大区别。无论何种结构类型与何种施工方法的隧道，由于测量及施工过程中产生的误差，实测隧道断面与设计断面在形状和位置上均会存在不一致的情况。如图1所示。采用矿山法、明挖法或者暗挖法的隧道，在施工过程中需要进行隧道的超欠挖检测，以判断隧道净空是否满足设计断面要求，超欠挖不仅影响施工成本，而且对围岩的稳定性也有很大影响。

目前，工程上普遍采用全站仪等传统方法进行隧道超欠挖检测。通过现场实践发现，传统方法虽然可满足超欠挖检测的要求，但其仅采用逐点式进行开挖断面测量，测点有限，且数据获取效率低，影响施工进度。为改善传统检测方法逐点检测的缺点，已有学者将三维激光扫描技术应用于隧洞的超欠挖检测当中，该方法能够高效、精确、全面详实的对隧道进行超欠挖检测，但仍存在激光扫描仪造价高、操作复杂且对环境质量要求高等问题，限制了三维激光扫描检测技术的广泛应用和推广。

发明内容

本申请提出了一种隧道超欠挖可视化展示方法和系统，建立实际开挖的隧道三维模型，再结合原始设计数据，从二维和三维两个层面，判断隧道实际开挖和设计开挖之间的差距，并实现可视化。

为实现上述目的，本申请提供了如下方案：

一种隧道超欠挖可视化展示方法，包括如下步骤：

建立目标隧道的实际开挖三维模型和设计开挖三维模型，并对所述实际开挖三维模型和所述设计开挖三维模型进行三维可视化展示；

基于所述实际开挖三维模型和所述设计开挖三维模型，根据模型树构建索引关系，得到三维空间的开挖面，进而获取所述实际开挖三维模型的二维视图信息和三维视图信息以及获取所述设计开挖三维模型的二维视图信息和三维视图信息；

基于隧道超欠挖参量计算公式，计算隧道超欠挖参量；

基于所述隧道超欠挖参量，对所述实际开挖三维模型和所述设计开挖三维模型进行对比计算，并进行隧道超欠挖可视化展示。

可选的，建立所述实际开挖三维模型的方法包括：

采集所述目标隧道的实际开挖三维点云数据；

利用三维点云数据处理函数对所述实际开挖三维点云数据进行滤噪处理；

对滤噪处理后的所述实际开挖三维点云数据进行三维重建，得到所述实际开挖三维模型。

可选的，所述滤噪处理包括：使用open3D库或PCL库中Filter模块的VoxelGrid类对所述实际开挖三维点云数据进行下采样滤波处理，使用BilateralFilter对所述实际开挖三维点云数据进行双边滤波处理，使用GaussianKernel对所述实际开挖三维点云数据进行卷积滤波处理，所以StatisticalOutlierRemoval对所述实际开挖三维点云数据进行移除离群点滤波处理，所以RadiusOutlierRemoval对所述实际开挖三维点云数据进行半径滤波器处理。

可选的，所述三维重建的方法包括：