[发明专利]基于激光检测的隧道病害检测方法及隧道病害检测装置

权利要求书

1.一种基于激光检测的隧道病害检测方法，其特征在于，包括：

激光扫描仪沿着隧道移动并扫描，采集隧道断面的点云数据；

计算采集的隧道断面相对于与该隧道断面对应的隧道横截面的偏转角度和横滚角度，根据偏转角度和横滚角度对隧道断面的点云数据进行修正，将采集到的隧道断面转换成对应的隧道横截面；

将隧道横截面分离为完好点集和病害点集；

将完好点集与隧道标准横截面精确配准，定位病害点集，并提取每个横截面的病害点集的特征；

在隧道断面的点云数据中计算出每个病害点集的区域；

根据病害点集的特征和区域判断病害类型；

其中，所述计算采集的隧道断面相对于与隧道断面对应的隧道横截面的偏转角度和横滚角度，根据偏转角度和横滚角度对隧道断面的点云数据进行修正，将采集到的隧道断面转换成对应的隧道横截面的步骤具体包括：

将采集到的隧道断面的最左端的点和最右端的点的坐标带入公式中，在标定参数下根据三角形相似原理求解出θ和γ；公式中θ代表采集到的隧道断面与其对应的隧道横截面的偏转角，γ代表采集到的隧道断面与其对应的隧道横截面的横滚角，x_BCAF、y_BCAF和z_BCAF代表采集到的隧道断面最左端的点或最右端的点的空间坐标，X_BDAE、Y_BDAE和Z_BDAE代表采集到的隧道断面对应的隧道横截面的最左端的点或最右端的点的空间坐标；

根据偏转角θ和横滚角γ对隧道断面的点云数据进行修正，将采集到的隧道断面转换成对应的隧道横截面。

2.根据权利要求1所述的基于激光检测的隧道病害检测方法，其特征在于，所述将隧道横截面分离为完好点集和病害点集的步骤具体包括：

根据隧道横截面最左端的点和最右端的点选择初始圆心；

计算隧道横截面上每个点到圆心的半径，将半径看做是隧道横截面上各点的函数，表示为R＝f(i)，R为隧道横截面上每个点到圆心的半径，i作为时间轴；

采用小波变换分析R的时频特性；

将R中的高频分量滤除，得到平滑的R曲线；

对比R原始曲线和平滑曲线，定位到高频分量的索引；

根据索引将隧道横截面的完好点集和病害点集分离。

3.根据权利要求2所述的基于激光检测的隧道病害检测方法，其特征在于，所述小波变换的公式为：

4.根据权利要求1所述的基于激光检测的隧道病害检测方法，其特征在于，所述将完好点集与隧道标准横截面精确配准，定位病害点集，并提取每个横截面的病害点集的特征的步骤具体包括：

隧道横截面的完好点集为P，隧道标准横截面点集为Q，采用迭代最近点算法；先从目点集P中取点集计算点集Q中的点集作为的对应点集，使得最小；

计算从到的变换，记从到的变换的旋转矩阵为R^k，平移矩阵为T^k；

更新点集并计算

计算和之间的平均距离，记为k和n为大于1的自然数；

设定距离阈值τ，如果d^k+1≥τ，则返回计算点集Q中的点集作为的对应点集，使得最小的步骤，直到d^k+1＜τ或者迭代次数大于预设的最大迭代次数；

通过以上步骤将隧道横截面完好点集与隧道标准横截面精确配准，计算出病害点集的深度、梯度、反射强度。