[发明专利]动态三维隧道断面形变检测及分析系统、方法及装置

说明书

本发明公开一种动态三维隧道断面形变检测分析系统、方法及装置。方法包括：控制扫描仪采集隧道断面信息、轨道断面信息，获取点云数据集；控制倾角仪获取检测装置的二维姿态数据；控制全站仪获取检测装置的轨迹数据；基于同步信号将二维姿态数据、轨迹数据进行数据同步整合，生成定位信息；根据点云数据集以及定位信息生成隧道三维空间信息数据集，进而对隧道进行形变分析；根据点云数据集与预设限界轮廓确定是否发生侵界现象。通过本发明，可以在较短的维护期间内，快速获取三维空间信息数据集，以对隧道进行形变分析、侵界分析，提高了获取数据的效率。可通过扫描仪与车载平台的共同移动，提高数据的采集精度，实现对隧道安全状态的准确评估。

技术领域

本发明涉及隧道检测技术领域，具体而言，涉及一种动态三维隧道断面形变检测及分析系统、方法及装置。

背景技术

随着城市经济的发展和人民生活水平的提高，城市规模不断扩大。城市空间结构也普遍随着城市规模的扩大和城市化进程的加快由单个中心向多中心发展。中心市区与外围城区间的交通需求也随之迅速增长。基于此，为人们提供快速、便捷的城市轨道交通就显得尤为重要。

为解决这一问题，主要的措施之一是发展高效便捷的地下轨道公共交通，建立地下公共交通网。其作为城市中运送旅客的主要载体，安全问题一直是人们所关注的重点。就地下隧道的轨道交通而言，隧道建筑空间因运营时间增加及地表施工等原因会发生形变，并有可能引起的一系列严重影响地铁隧道正常运营的病害问题。由于隧道中两侧墙壁上安装有通信光缆和动力电缆及其安装支撑结构，隧道顶端有为地铁车辆在隧道内的靠站与正常行驶提供通信与动力保证的受电弓接触网及安装挂件，地铁列车在运行过程中，应避免与隧道上述装置及机构发生碰撞干涉，否则很容易导致行车事故的发生，因此需要对隧道限界进行实时检测，隧道限界分析对于轨道交通安全运营环境具有重大的影响。

目前，对隧道空间结构进行检测的测量方法主要有接触式测量和非接触式测量两种方法。接触式测量包括人工量具测量法和传感器测量法，非接触式测量包括三维激光扫描、近景摄影测量、全站仪自由设站测量、精密水准检测、探地雷达检测、红外线热成像测量等。由于上述方式多采用测量少数坐标点连接成线的方法，会产生比较大的误差，尤其是对隧道断面进行点数加密的时候需要进行多次测量来完成，大大降低了其准确性和工作效率。

而利用三维激光扫描技术进行隧道空间结构检测是近几年发展起来的一种新的测量方法。它利用激光测距原理，通过扫描获取隧道表面大量的点的三维坐标、反射率等信息，对这些大量的点的数据即点云数据进行处理后，可以获得被扫描隧道建筑空间的三维模型，并可对隧道模型表面各个点、线、面的图形数据进行更加具体细致的分析，从而判断隧道表面是否有渗漏水、形变等病害现象。应用三维激光扫描技术一般是将扫描仪安放在三角支架上进行固定式扫描，由于激光扫描仪所扫描的有效距离是有限制的，因此固定式扫描测量时需要事先选好合适的三角支架安放点，一次测量结束后需要移动道下一个进行下一次测量，在数据采集过程需要设置站点(扫描仪固定位置)和标靶(用作后续的邻近图像拼接标志)，此种固定式扫描需要实际扫描经验，如果由于标靶设置或其它实验布置问题而导致无法正确拼接，则需要考虑重新进行实验数据的采集。对于隧道的长距离性，固定式扫描的隧道内点云数据采集效率低，且在数据采集期间需要进行搬站，无法满足隧道内部空间数据的快速采集。

目前，针对现有技术中如何高效准确获取隧道三维空间信息数据的问题，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例中提供一种动态三维隧道断面形变检测及分析系统、方法及装置，以解决现有技术中采用全站仪以及其他辅助设备进行三维数据的获取需要设置扫描仪站点以及布置标靶，在数据采集期间需要搬站，降低了工作效率且数据采集的精度较低的问题。

为解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种动态三维隧道断面形变检测及分析系统，所述系统包括：检测装置、全站仪以及微处理器，

所述检测装置，用于在移动过程中进行数据采集；