[发明专利]一种基于三维点云的隧道初支平整度检测方法

说明书

本发明涉及一种基于三维点云的隧道初支平整度检测方法，包括如下步骤：步骤S1：在隧道初支区域段采集得到三维点云数据，并且对点云数据进行预处理；步骤S2：通过改良后的B三次样条插值法拟合处理得到拟合曲面；步骤S3：限制拟合曲面上的点云曲率阈值范围，通过S‑G滤波平滑处理方法限定拟合曲面上相应区域点的曲率，得到平整度计算基准面；步骤S4：建立整体和局部平整度计算方法，计算隧道初支表面整体和局部平整度；步骤S5：绘制成平整度分布图，综合分析隧道初支表面平整度情况；步骤S7：建立基于三维激光扫描技术的隧道工程平整度检测判别标准。本发明提高了隧道初支表面的曲面拟合精度，同时也能保证平整度检测的准确性。

技术领域

本发明设计隧道工程技术领域，涉及一种基于三维点云的适用于施工过程中隧道初支表面平整度检测的方法。

背景技术

在三维技术日益完善的今天，新兴的三维激光扫描测量正在悄悄地进入交通领域，三维激光扫描通过一定频率发射激光信号，当信号遇到阻挡物即可反射反馈给三维扫描仪的接受装置，每秒钟扫描仪将扫描百万级别的点云，360°全覆盖，对对象进行全方位的扫描。扫描后所得到的数据是以点的形式呈现，称作三维点云。顾名思义，扫测得到的三维点云是以亿为数量级计算，在通过数据技术处理(抽稀、去燥)后能够在达到工程施工要求的基础上进行隧道曲面的拟合，对施工进行指导。

隧道初支平整度是指隧道开挖过程中初期支护表面混凝土衬砌的凹凸程度，是隧道工程质量验收的重要标准之一。其结果直接影响后期防水卷材的铺设、二期衬砌的铺摊质量以及隧道工程的安全性；隧道初支表面平整度过大，直接导致了铺设防水卷材和二期衬砌的施工质量下降，从而间接影响到隧道表面的渗水性，使得隧道内更容易出现渗水漏水的情况。由于隧道一般规模大、服役期限长，所处环境状况复杂，所以需要对隧道初期支护段表面进行曲面拟合，再对隧道初支表面整体的平整度状况进行分析。

传统的隧道初支平整度检测方法主要有2m靠尺结合契形塞尺检测法、全站仪检测法。2m靠尺结合契形塞尺检测法是将靠尺紧贴被检测墙面，然后将契形尺的游码移动到靠尺顶部，然后将该契形塞尺的顶部插入靠尺与被检测墙面之间的缝隙读取此时的游码刻度，即为平整度的偏差值。根据规范中规定的误差指标数据，若检测值大于规定误差，则将检测点标记为不合格点，最后根据不合格点占总检测点的百分比判断该墙体的平整度是否合格。但是这种检测方法由于选取检测点的随机性，造成该方法的检测精度不高，检测速度慢、效率低；采用全站仪对隧道初支表面进行平整度检测时，由于免棱镜模式对测量精度的影响，会使拟合出的平面与实际墙面偏差过大，无法得到精确的隧道初支平整度，并且隧道拱墙上的测量点选择存在主观性，无法全面、真实地反映隧道初支表面的情况。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于三维点云的隧道初支平整度检测方法，该方法提高了隧道初支表面的曲面拟合精度，使最终得到的平整度计算基准面更加接近于实际工程情况，同时也能保证平整度检测的准确性。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于三维点云的隧道初支平整度检测方法，包括如下步骤：

步骤S1：使用三维激光扫描仪在隧道初支区域段采集得到三维点云数据，并且对点云数据进行预处理；

步骤S2：预处理以后的三维点云数据通过改良后的B三次样条插值法拟合处理得到拟合曲面；

步骤S3：限制拟合曲面上的点云曲率阈值范围，通过S-G滤波平滑处理方法限定拟合曲面上相应区域点的曲率，得到最终适用于平整度计算的平整度计算基准面；

步骤S4：引出整体平整度的概念，建立整体平整度计算方法，计算隧道初支表面整体平整度；

步骤S5：引出局部平整度的概念，建立局部平整度计算方法，计算隧道初支表面局部平整度；

步骤S6：通过整体平整度和局部平整度的结算结果，绘制成平整度分布图，综合分析隧道初支表面平整度情况；