[发明专利]一种隧道轴线提取及断面收敛分析方法及装置

说明书

本发明公开一种隧道轴线提取及断面收敛分析方法及装置。本发明为地铁隧道各管片收敛直径计算、管片任意位置断面截取、隧道轴线数据提取问题提供了准确的自动高效的计算方法，降低了地铁隧道管片断面收敛分析难度，提高了地铁隧道断面收敛分析效率，基于统计的分析策略，能够更加有效的避免因数据缺陷导致的分析错误。基于地铁隧道三维点云数据，对隧道各管片收敛直径自动精确计算、断面数据自动提取及隧道轴线数据提取等可以克服人工手动检测耗时耗力、准确度不高等缺点，为地铁隧道管片断面收敛分析处理提供了一种高效的手段。

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体而言，涉及一种隧道轴线提取及断面收敛分析方法及装置。

背景技术

改革开放以来，随着我国城市化进程加快，城市交通面临前所未有的压力，作为城市交通的重要组成部分，城市轨道交通是缓解交通拥堵的重要措施之一。城市轨道交通的特点是运行速度快、行车密度高、客流量大、环境封闭，因而对运营安全要求极高，需要安全可靠的基础设施系统作为保障。在城市轨道交通中，由于运行车辆的动力冲击、地质变形、以及临近施工等因素的影响，隧道管片经常发生损伤、形变，对轨道交通安全造成重大影响。因此，进行隧道安全监测是保障地铁隧道安全运维的重要手段。

传统的监测方法观测所需要的时间长，劳动强度高，观测精度收到观测条件的影响，自动化较差，只能局限于所布设的控制点，反映局部变形，而不能反映整体变形。三维激光扫面技术，Light Detection And Ranging(LiDAR)，是地铁隧道工程中应用的一个研究热点。三维激光扫描技术对光线条件没有要求，即使在漆黑的隧道里依旧可以正常工作，并且可以一次性快速、完整、全方位地采集隧道内部的数据，经处理后可以计算出隧道任意断面的数据，从而实现隧道的整体变形监测。

世界很多国家对隧道变形监测进行了大量的研究，但主要是研究直线型隧道，或将隧道简化为直线型。在实际中，很多隧道是非直线型，即有一定的弧度，甚至是S型。目前，国内外对于弧形隧道的研究少，并且针对基于三维激光扫描技术应用于弧度隧道断面变形监测未见详细系统的分析方法，本文提出一种鲁棒的地铁隧道轴线提取及断面收敛分析方法，实现快速提取断面数据及隧道轴线数据，并准确的计算弧度隧道的收敛直径。

针对现有技术中如何自动高效准确地计算地铁隧道各管片收敛直径值的问题，目前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鲁棒的地铁隧道轴线提取及断面收敛分析方案，以解决现有技术中如何自动高效准确地计算地铁隧道各管片收敛直径值的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种隧道轴线提取及断面收敛分析方法，其中，该方法包括：

S1：获取隧道三维点云数据；

S2：根据所述隧道三维点云数据确定起始隧道断面的定位点；

S3：建立所述定位点的邻近图，基于统计特征计算当前位置隧道的主轴方向；

S4：获取当前隧道管片的收敛直径值及所述定位点预设范围内的断面数据；

S5：基于当前定位点确定下一个定位点；执行步骤S3和S4，计算该定位点对应隧道管片的收敛直径值及所述定位点预设范围内的断面数据；以此类推，最终按顺序自动获取所述隧道的所有管片的收敛直径值，定位点预设范围内的断面数据，以及隧道的轴线数据。

进一步地，所述步骤S2，具体包括：通过主成分分析方法获取所述隧道三维点云数据的起始延伸方向，进而确定起始隧道断面的定位点。

进一步地，所述步骤S2包括：

S21：基于所述隧道三维点云数据进行主成分分析，计算最大特征值对应的特征向量；其中，所述特征向量的方向即所述起始延伸方向；