[发明专利]一种基于移动激光扫描的隧道检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于移动激光扫描的隧道检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、通过移动激光对盾构隧道进行扫描，得到待测线路的不同环号对应的各个管片图像及不同环号的管径收敛值，并结合数据库中预置的管径收敛值范围，筛选出不同环号管径收敛值中的异常值，

当扫描结果中相应环号对应的管径收敛值在数据库中预置的管径收敛值范围之内，则判定该环号对应的管径收敛值正常，

当扫描结果中相应环号对应的管径收敛值不在数据库中预置的管径收敛值范围之内，则判定该环号对应的管径收敛值异常；

S2、对不同环号的各个管片图像中的管片位置进行识别，生成特征掩膜并对管片图像进行处理，识别处理后的管片图像中的断裂信息、连接处裂缝信息及漏水信息，结合不同环号管径收敛值中的异常值，生成待测线路的隧道病害信息，并对待测线路的隧道病害信息中的各个病害点进行标记，所述管径收敛值中的异常值S1中获取的与相应的第一标准值差值的绝对值大于等于第二标准值的管径收敛值，所述第一标准值为隧道刚修建完成时相应管片的管径收敛值，所述第二标准值为数据库中预制的常数；

S3、获取待测路线的隧道病害信息，分析隧道的不同病害信息之间的关联性，并结合待测路线隧道的历史病害信息，确定待测路线隧道的初始病害点及相应初始病害点的破坏影响值；

S4、对待测线路的隧道病害信息进行预警，并根据待测路线隧道的初始病害点及相应初始病害点的破坏影响值，计算待测线路的隧道病害信息中各个病害点的预警优先级；

所述S2中生成特征掩膜并对管片图像进行处理的方法包括以下步骤：

S2.1、识别管片图像中各个手孔的位置，所述手孔的平面图像为上底与下底长度不等的等边梯形，长度大的下底比长度小的下底更临近管片边缘且下底与管片边缘的最小距离为a，每个管片存在四个手孔且每个手孔的下底分别对应管片的一条边；

S2.2、获取管片图像中任意相邻的四个手孔位置构成一个组合，得到管片图像对应的多个手孔位置组合，每个手孔位置组合对应一个数据集合，每个数据集合中元素为相应组合的四个手孔位置中，任意两个手孔位置在图像中的距离与剩余两个手孔位置在图像中距离的比值，即一个数据集合包含12个元素；

S2.3、将每个手孔位置组合对应的数据集合与数据库中预制的标准数据集合进行比较，所述标准数据集合为一块管片中任意两个手孔之间距离与剩余两个手孔之间距离的比值，所述标准数据集合包括12个元素，计算手孔位置组合对应的数据集合与标准数据集合中相同序号的元素值的比值，并将所得的各个比值相乘，将所得乘积记为A1，

当|A1-1|≤β时，则判定A1对应的手孔位置组合中四个手孔在同一块管片上，所述β为数据库中预制的容错系数，

当|A1-1|＞β时，则判定A1对应的手孔位置组合中四个手孔不在同一块管片上，并A1对应的手孔位置组合删除；

S2.4、获取S2.3中剩余的手孔位置组合，将每个手孔位置组合中每个手孔位置在相应管片图片中对应的第一标记点，并获取相应管片的第一特征掩膜，所述管片的第一特征掩膜的大小与相应管片图像的大小相同，所述管片的第一特征掩膜内，过手孔位置组合中四个手孔位置分别对应第一标记点的最小矩形区域内各个像素点的灰度值记为255，所述管片的第一特征掩膜内其余区域内各个像素点的灰度值记为0，

所述第一标记点为手孔的平面图像上底中点至下底中点对应的射线上且与下底中点的距离为0.8a，所述第一标记点不在手孔的平面图像上底中点与下底中点构成的线段上；

S2.5、生成管片第一处理图像，将S1中获取的各个管片图像记为原管片图像，所述管片第一处理图像为原管片图像中，相应第一特征掩膜内灰度值为255的区域且灰度处理后的部分图像；

S2.6、生成管片第二处理图像，所述管片第二处理图像为灰度处理后的原图像与相应第一特征掩膜合并后的图像，所述合并后的图像中像素点的灰度值为原图像中像素点对应的灰度值与第一特征掩膜中相同位置对应像素点的灰度值的和B，

当B的值小于等于255时，则判定B的值为管片第二处理图像中相应像素点对应的灰度值，

当B的值大于255时，则判定管片第二处理图像中相应像素点对应的灰度值为255；

所述S2中识别处理后的管片图像中的断裂信息、连接处裂缝信息及漏水信息的方法包括以下步骤：

S201、对管片第一处理图像进行图像识别，将管片第一处理图像中除手孔位置区域外的剩余区域中的各个像素点的灰度值与第一预设区间进行比较，所述第一预设区间为数据库中预制的管片图像中断裂区域对应的灰度值区间，

将管片第一处理图像中除手孔位置区域外的剩余区域中灰度值属于第一预设区间的各个像素点的通过第一标记方式进行标记，将第一方式标记的像素点中相邻的像素点划分为同一簇，将同一簇的各个像素点位置录入到一个空白集合中，得到多个采用第一标记方式标记的像素点集合，将每簇采用第一标记方式标记的像素点集合中的元素个数与第一阈值进行比较，所述第一阈值为数据库中预制的常数，

当像素点集合中的元素个数小于第一阈值时，则将该像素点集合删除，

当像素点集合中的元素个数大于等于第一阈值时，则判定该像素点集合对应一个管片断裂处，进而得到管片断裂处对应的管片断裂信息{c1，c2，c3，c4}，c1表示管片断裂长度，c2表示管片断裂宽度，c3表示管片断裂处对应的环号，c4表示管片断裂处中心点对应像素点的位置，

所述c1等于相应像素点集合中任意两个像素点之间距离的最大值，获取c1对应的两个像素点连线，记为Lc1，令q为Lc1上的一点，获取过q且与Lc1垂直的直线，记为Lc1^q，获取q为Lc1上的不同位置时，Lc1^q与c1相应像素点集合中相交的像素点个数的最大值c2；

S202、对管片第二处理图像进行图像识别，将管片第二处理图像中灰度值不为255的区域中各个像素点的灰度值与第二预设区间进行比较，所述第二预设区间为数据库中预制的管片图像中连接断裂区域对应的灰度值区间，

将管片第二处理图像中灰度值不为255的区域中灰度值属于第二预设区间的各个像素点的通过第二标记方式进行标记，将第二方式标记的像素点区域为连接裂缝区域，所述连接裂缝呈矩形分布，将其划分为四部分，每部分裂缝区域对应矩形的一条边，对四部分裂缝区域进行编号，分别获取每部分裂缝区域中距离最远的两像素点的连线，记为相应裂缝的长LB，令q1为LB上的一点，获取过q1且与LB垂直的直线，记为LB^q1，获取q1为LB上的不同位置时，LB^q1与相应裂缝区域中相交的像素点个数e，将e与第二阈值进行比较，所述第二阈值为数据库中预制的常数，

当e小于第二阈值时，则将e对应的各个像素点正常，

当e大于等于第二阈值时，则判定e对应的各个像素点异常，并采用第三标记方式对异常像素点进行标记，将第三标记方式标记的像素点中相邻像素点划分为同一簇，将同一簇的各个像素点位置录入到一个空白集合中，得到多个采用第三标记方式标记的像素点集合，每个像素点集合对应一个连接处裂缝异常处，进而得到连接处裂缝异常处对应的管片连接裂缝信息{d1，d2，d3-d4，d5}，d1表示管片连接处裂缝异常处的长度，d2表示管片连接处裂缝异常处的最大宽度，d3-d4表示管片连接处裂缝异常处对应两个管片的环号，d3表示管片连接处裂缝异常处对应的第一管片的环号，d4表示管片连接处裂缝异常处对应的第二管片的环号，d5表示管片连接处裂缝异常处中心点对应像素点的位置，

所述d1等于管片连接处裂缝异常处任意两个像素点之间距离的最大值，d2等于管片连接处裂缝异常处对应的各个e值中的最大值；

S203、对灰度处理后的管片原图像进行图像识别，将灰度处理后的管片原图像中各个像素点的灰度值与第三预设区间进行比较，所述第三预设区间为数据库中预制的管片图像中连接断裂区域对应的灰度值区间，

将灰度处理后的管片原图像中灰度值属于第三预设区间的各个像素点的通过第四标记方式进行标记，将第四方式标记的像素点中相邻的像素点划分为同一簇，将同一簇的各个像素点位置录入到一个空白集合中，得到多个采用第一标记方式标记的像素点集合，每个像素点集合对应一个管片漏水处，进而得到管片漏水处对应的管片漏水信息{f1，f2，f3}，f1表示管片漏水处对应的环号，f2表示管片漏水处最高点对应像素点的位置，f3表示管片漏水处相应像素点集合对应的面积，所述面积等于像素点集合的元素总个数除以管片图像中像素点的总个数的商与管片实际面积的乘积，

所述S2中的待测路线的隧道病害信息包括各个管片断裂信息、连接处裂缝信息、漏水信息及形变信息，所述形变信息包括每个异常管径收敛值及相应的环号。