[发明专利]基于点云数据提取盾构隧道衬砌错台量的方法

摘要

基于点云数据提取盾构隧道衬砌错台量的方法，属于隧道工程测量技术领域。该方法通过点云法向量与隧道断面法向量垂直的关系提取不同环数的横断面点云，利用隧道每环对应横断面点云是否有突变来判断环内错台的有无，由断面点云突变量的大小确定环内错台量的大小；通过提取相邻两环管片对应角度纵断面上的点云数据，检验纵断面点云数据是否有突变处，根据点云数据的突变量来判断隧道相邻两环管片的环间错台量，最终获得每环管片的环内错台量和两环间的环间错台量。本发明的优点是，利用三维激光点云数据提取隧道断面的效率高、精度高、智能化，并且可以得到任意角度的环间错台量和所有的环内错台量。

主权项

1.一种基于点云数据提取盾构隧道衬砌错台量的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：点云数据的获取对于站式三维激光扫描仪，为获取较为精确的点云数据，合理的选取测站间距和扫描分辨率；在测站间距和扫描分辨率确定后，进行现场扫描；在扫描的同时，用全站仪对扫描仪和标靶的位置进行测量，确定测站和标靶的绝对坐标；第二步：每环衬砌对应断面的提取在隧道的整体点云数据处于绝对坐标系下后，为了能够提取不同里程、不同环数的和横断面，需要提取隧道在该环断面处的空间姿态信息；通过该环断面附近点云的法向量来提取该断面处的空间姿态信息，采用随机采样一致性(RANSAC)算法和最小二乘法对点云法向量进行提取；利用该环断面附近点云的点云法向量与断面法向量互相垂直的关系，提取断面法向量；根据隧道的设计文件，得到不同里程或环数断面的设计坐标,利用断面的法向量和设计坐标得到该平面的方程；利用点到平面的距离进行断面的提取；第三步：环内错台量的提取将第二步获取的横断面点云数据进行坐标变换，经过旋转、平移，然后投影到二维平面中进行断面的二维分析。计算所有断面点到断面中心点O的距离D，然后计算D与断面设计半径之差Δ，根据每个断面点对应的角度α和Δ值建立纵轴为Δ、横轴为α的散点图，从0‑360°内显示Δ与α之间的关系，根据Δ否有突变判断环内错台的有无，根据突变量判断错台量大小；第四步：环间错台量的提取截取至少相邻两环对应附近的点云数据；然后提取极坐标角度为α的纵断面的点云数据(纵断面与第三步中的横断面是相互垂直的，并且都过断面的中心点)，将选取的点云数据通过旋转、投影到平面上进行二维分析；若在两环管片连接处发生了环间管片错台，最重要的特征是在前一环的尾部点和后一环的始部点到某一直线的距离发生了突变，突变量的大小为管片环间错台量。