[发明专利]一种基于多种融合数据的隧道开挖面扫描装置及检测方法

说明书

本发明涉及一种基于多种融合数据的隧道开挖面检测方法，所述检测方法包括：基于固定固态激光雷达对三维点云数据进行采集以及处理；通过红外热成像仪采集与渗漏水区域进行自动判定；将多幅红外热成像和可见光图片进行多通道数据融合，并投影到重建后的开挖面三角网格上；根据隧道设计线路数据和设计断面数据计算超欠挖数据。本发明的优点在于：可以同时采集隧道开挖面的三维点云，可见光和红外热成像数据。通过仪器内置算法实时将这三种数据融合到一起。基于隧道设计线路和设计断面数据，可以分析出采集到的每个数据点的超欠挖情况，通过人机交互界面将3D可视化结果展示给用户，该扫描装置携带方便。

技术领域

本发明涉及隧道勘探技术领域，尤其涉及一种基于多种融合数据的隧道开挖面扫描装置及检测方法。

背景技术

目前隧道开挖面施工的一个关键步骤是测量开挖面表面的超欠挖数据，现在的施工现场一般是使用全站仪或者三维激光扫描仪进行测量开挖面表面的大地坐标数据；如果是通过全站仪一般凭借测量员的经验测量开挖面上的若干个部位，结合已有的隧道线路和断面设计数据计算出相应的超欠挖值，以此评估整个开挖面的超欠挖情况；如果使用三维激光扫描仪扫描开挖面点云，需要放置多个定位球，通过全站仪测量出定位球坐标并在相关软件中注册点云，最后根据设计数据计算每个点云的超挖值，整个开挖面的超欠挖情况对后续工序的开挖台车放置，初支衬砌铺设都有着重要指导意义。

如果是单纯实用全站仪，通过手动方式测量的数据点个数非常有限，不能全面掌握隧道开挖面的超欠挖情况；使用全站仪手动测点的还有施工干扰严重以及耗时长的问题，同时对技术人员的要求比较高；如果使用三维激光扫描仪，虽然可以全方位采集开挖面点云，但是工业级别的三维扫描仪价格昂贵，无法为每个隧道开挖面都配备一台扫描仪，而且还需要多个软件配合才能得到所需要的结果数据。而且目前在实际应用中是地质人员在开挖面通过肉眼绘制地质素描草图，这种方法的人为误差较大；还有掌子面后方容易出现局部渗漏水的情况，若不能够对掌子面后支及时采取封堵措施，会造成严重的施工事故，影响工程进度，同时也会给施工人员的生命安全带来潜在的风险，因此及时识别掌子面上的渗漏水部位对后续施工非常重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种基于多种融合数据的隧道开挖面扫描装置及检测方法，解决了现有技术中存在的不足。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于多种融合数据的隧道开挖面检测方法，所述检测方法包括：基于固定固态激光雷达对三维点云数据进行采集以及处理；通过红外热成像仪采集与渗漏水区域进行自动判定；将多幅红外热成像和可见光图片进行多通道数据融合，并投影到重建后的开挖面三角网格上；根据隧道设计线路数据和设计断面数据计算超欠挖数据。

进一步地，所述基于固定固态激光雷达对三维点云数据进行采集以及处理包括：

控制云台按照指定的角度进行运动，并记录当前水平云台和俯仰云台的角度信息；

当水平云台和俯仰云台停下后，采集当前位置一定时间内的固态激光雷达的点云数据；

对采集的点云数据进行降噪处理，以去掉边缘的激光点和角度不符合要求的激光点；

根据当前水平云台和俯仰云台的角度，将相对于固态激光雷达坐标系下的点云坐标变换到相对于扫描仪坐标系下的坐标，再根据识别的定位球的大地坐标将点云坐标注册在大地坐标系下；

将多个站点采集的数据合并成一个完整的开挖面点云，通过泊松表面重建算法进行三维重建得到开挖面三角网格模型。

进一步地，所述通过红外热成像仪采集与渗漏水区域进行自动判定包括：

当水平云台和俯仰云台停止下后，同时拍摄一张该位置的红外热成像图像和可见光图像；