[发明专利]一种盾构隧道表面点云数据分段方法

说明书

本发明涉及一种盾构隧道表面点云数据分段方法，包括：1）盾构隧道点云投影：根据盾构隧道点云走向，将三维点云转换成二维；2）边界点提取：将投影后的二维点云网格化，利用网格提取出点云的上下边界点；3）隧道点云分段位置计算：a）所提取边界点的切线斜率计算；b）分段位置计算；4）对两个投影面上盾构隧道点云分段位置联合处理，完成隧道整体点云数据的分段，为隧道点云建模做准备。优点：1）研究了盾构隧道表面点云的分段方法，为基于TLS技术的盾构隧道的中轴线提取、断面分析等点云处理方法提供了技术支撑。2）有效提高中轴线拟合精度，补充盾构隧道变形监测技术方法，在盾构隧道安全监测、预防重大事故方面具有重要的实用价值。

技术领域

本发明是一种盾构隧道表面点云数据分段方法，属于土木工程安全监测技术领域。

背景技术

基于地面激光扫描（Terrestrial Laser Scanning, TLS）的盾构隧道变形监测技术是当前变形监测领域研究的热门技术。当前基于TLS的盾构地铁隧道变形监测方法是通过提取中轴线得到隧道断面，对隧道断面进行分析，获取隧道变形量值。部分研究采用将隧道中轴线上的点提取出之后直接进行二次曲线拟合获得中轴线，但是对于存在直线段和曲线段的隧道而言，直接采用二次曲线拟合降低了中轴线提取精度。如果能对隧道进行精确分段，然后分别对分段隧道提取中轴线将提高中轴线拟合精度。

发明内容

本发明提出的是一种盾构隧道表面点云数据分段方法，其目的在于针对现有隧道变形监测存在的不足，提供一种准确区分盾构隧道表面点云的直线段和曲线段的分段方法，为后续基于点云的隧道建模与形变分析提供技术支撑。

本发明的技术解决方案：

一种盾构隧道表面点云数据分段方法，包括以下步骤：

（1）盾构隧道点云投影：根据盾构隧道点云整体走向，选择 XOY、YOZ或XOZ面中的两个作为投影面，将三维点云转换成二维，简化计算；

（2）边界点提取：在平面内将投影后的二维点云网格化，利用网格提取出点云的上下边界点；

（3）隧道点云分段位置计算：

a）所提取边界点的切线斜率计算：对盾构隧道点云边界邻域拟合，对拟合函数求导计算斜率；

b）分段位置计算：以切线斜率为纵轴建立K-X坐标系，在该坐标系中对切线斜率进行拟合分析，得出拟合直线的交点，交点的横坐标值 X即为隧道分段位置，最终获得两个投影面上隧道点云的分段位置；

（4）对两个投影面上盾构隧道点云分段位置联合处理，完成隧道整体点云数据的分段，为隧道点云建模做准备。

本发明的有益效果：

1）本发明研究了盾构隧道表面点云的分段方法，为基于TLS技术的盾构隧道的中轴线提取、断面分析等点云处理方法提供了可靠的技术支撑。

2）有效提高中轴线拟合精度，补充和提高了盾构隧道变形监测技术方法，在盾构隧道安全监测、预防重大事故等方面具有重要的实用价值。

附图说明

附图1是为盾构隧道点云分段步骤流程图。

附图2是 XOY面投影结果图。

附图3是 XOZ面投影结果图。

附图4是边界提取结果图。

附图5是边界提取结果图。