[发明专利]基于点云数据提取盾构隧道衬砌错台量的方法

说明书

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。

技术领域

本发明属于隧道工程测量技术领域，具体涉及一种基于点云数据提取盾构隧道衬砌错台量的方法。

背景技术

随着现代化的建设，各省市都加快以地铁、轻轨为主的快速、大运量、公共快捷的交通体系的建设和规划。地铁工程作为大城市一种重要的交通工具，具有投资巨大，建设工期长的特点，属于百年工程。盾构隧道作为地铁工程的重要组成部分，在盾构地铁管片安装、竣工、以及运营维护过程中，必须进行盾构隧道衬砌错台量的测量，使能够符合规范规定，让施工顺利进行、竣工顺利验收。

传统的盾构隧道衬砌错台测量主要使用卷尺、三角板来进行，这种方式存在效率较低、每环管片只能测量有限点的个数，在2017年发布的《盾构法隧道施工及验收规范》中规定：管片拼装过程中，需要逐环测量隧道衬砌的环内错台和环间错台；在成型隧道验收过程中，需要每10环测量隧道衬砌的环内错台和环间错台，每环需要测量4个点。盾构隧道施工和竣工过程中衬砌错台测量的工作量大以及传统测量方法观测劳动强度高，观测精度受到观测条件的影响较多，自动化较差，因此需要一种高精度、高效率、智能化的测量方式。三维激光扫描技术精度高、测量速度快、并且对光线条件没有要求，即使在漆黑的隧道里依旧能正常工作，并且可以一次性快速、完整、全方位地采集隧道内部的数据，经处理后可以得到隧道任意环数的环内错台量和环间错台量。

目前诸多学者对三维激光扫描在隧道中的应用进行了大量的研究，但主要是对隧道施工及运维过程中隧道的变形以及对衬砌环间错台量的提取做了研究，针对隧道施工及竣工过程中衬砌环内错台量的研究较少，并没有提出详细系统的提取方法。本文提出一种适应于盾构隧道施工及竣工过程中提取衬砌环间错台量和环内错台量的方法：提出基于每环对应的横断面提取环内错台量的方法、基于相邻两环纵断面上的点云提取环间错台量的方法，来指导施工和完成竣工验收。

发明内容

本发明旨在提供一种快速准确的提取盾构隧道衬砌环内错台量和环间错台量的方法，即一种基于点云数据提取盾构隧道衬砌错台量的方法，用于指导盾构隧道施工和竣工验收。

为了达到上述目的，本发明提出一种基于点云数据提取盾构隧道衬砌错台量的方法，该方法包括以下步骤：

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，可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。

三维激光扫描仪每次获取的点云数据都是以三维激光扫描仪中心建立的独立内部坐标系，对于多站点云数据通过坐标系之间的精密转换，才能得到整个隧道统一点云坐标信息；隧道点云拼接基于标靶拼接，优选在扫描仪自带软件中进行，在相邻两站重叠区域布设多个标靶，并保证有三个以上非同一直线上的标靶位于两站之间的重叠区域；通过这些公共的标靶点参数转化完成整体点云的坐标系统一；在整体点云坐标系统一后，需要给标靶和测站点赋予用全站仪测量的绝对坐标，使整体点云数据处于绝对坐标系下。

第二步：每环衬砌对应断面的提取