[发明专利]一种基于双目相机与计算机视觉的地铁基坑超挖监测方法

说明书

本发明一种基于双目相机与计算机视觉的地铁基坑超挖监测方法，属于地铁基坑超挖监测领域。为解决超挖监控大多依靠人力，实时性差；同质土体难以区分多平面；单一测量仪器耐受性差；作业面不平整，难以表示平均高度；无法监控钢支撑架设是否及时问题。通过双目相机采集二维图像和三维点云后进行点云合并，通过预先训练进行语义分割；将地平面转换为平面方程后通过划分土体点云中的点到平面方程距离、三维空间平面拟合精准分割不同工作平面，判断工作面是否超挖或坡度过大；根据土体点云分割结果及挖掘机点云判断钢支撑是否超挖。节省人力物力，实时性较高；可提高监测准确率；动态监控工作面是否超挖和是否存在钢支撑架设不及时而挖掘工作仍进行。

技术领域

本发明涉及地铁基坑超挖技术领域，具体而言，涉及一种基于双目相机与计算机视觉的地铁基坑超挖监测方法。

背景技术

在深基坑工程中，基坑开挖实施的工况与方案设计的工况必须一致，这是保证基坑安全的前提。当基坑开挖至支撑设计标高处时，应开槽及时安装钢支撑或制作混凝土支撑，待支撑满足设计要求后，才能继续挖土，即要求遵循“先撑后挖”的原则。从基坑开挖的时空效应分析中我们已知(时空效应是指基坑开挖后，上部土方被挖掉，等于是给基底土方卸荷，打破了原有的荷载平衡，使基底土方产生应力释放，导致地基土方变形隆起)，围护结构的变形大小与无支撑暴露面积的大小和暴露时间的长短有关，因此，严格按照基坑工程方案设计的工况进行开挖，先撑后挖，及时加撑，是控制基坑墙体变形和相应地面位移和沉降的保证。

“严禁超挖”是基坑开挖中必须遵循的又一重要原则。超深挖土是基坑开挖中的大敌，它小则会造成不应有的损失，大则会造成重大事故，应在施工中杜绝发生。它的危害主要表现在以下四个方面：

(1)超挖增大了围护结构的暴露面积，并且延误支撑安装时间，会明显地增加围护结构墙体变形和相应的地面位移与沉降。

(2)若基坑底部超挖，围护墙体埋深不够，会导致围护墙体底部走动，发生强度破坏。

(3)坑底超挖还增大了土体卸荷总量，增加了坑底土体隆超量，同时也使坑周地面沉降加大；坑底超挖还使地基土受到扰动，使地基土承载力下降。

(4)坑底超挖还使底板浇筑不能及时进行，使坑底长时间暴露，由于粘性土的流变性，将增大墙体被动压力区的土体位移和墙外土体向坑内的位移，从而增加地表沉降，雨天尤甚。

在现有超挖检测过程中，存在以下困难：

首先，地铁基坑开挖往往采用分层分段开挖，目前尚无可以对整个开挖过程超挖情况进行有效的自动化监测方法，一般仍然靠人力操控仪器进行监测，由于开挖周期很长，无特殊情况下昼夜作业不停，这种监控方法难以覆盖整个开挖过程，缺乏实时性，不可控性较强。

其次，由于分层分段开挖作业面众多且不断变动，各个作业面均主要由土体构成，如要实现自动化监控，需要克服同质材料的区分问题。

另外，基坑钢支撑随挖随撑，十分密集，会对各种测量仪器造成极大遮挡，因此使用单一仪器覆盖整个监控过程需要采用非常昂贵的精密仪器，而精密仪器对复杂恶劣施工环境的耐受性很差，极易遭受破坏或出现故障，不能够满足对开挖过程监控的实时要求。

最后，超挖定义较为复杂，静态方面当前土体平面的挖掘深度超过设计标高即视为超挖，但是施工现场土体平面必然不是十分平整的，需要一种方法有效表示当前土体平面的平均高度，动态方面，钢支撑架设不及时而挖掘工作仍在进行，亦是超挖的一种形式。需要对两种形式进行综合判断来判定超挖情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：

为了解决现有的超挖监控大多依靠人力，缺乏实时性；各作业面主要由土体构成，自动监控难以区分；单一测量仪器耐受性差，难以满足实施要求；作业面不平整，难以表示平均高度；无法监控钢支撑架设方面超挖的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案：