[发明专利]一种基于静态激光扫描的地铁隧道不圆度检测方法

权利要求书

1.一种基于静态激光扫描的地铁隧道不圆度检测方法，其特征在于，包括如下步骤；

步骤1：沿隧道中心轴线，通过三维激光扫描设备采集隧道管壁点云数据；

步骤2：将采集到的隧道管壁点云数据进行拼接处理，得到完整的隧道管壁点云数据；

步骤3：以管环为单元，将完整的隧道管壁点云数据进行分割，得到分割后的管环点云数据；

步骤4：采用随机噪声误差最小拟合方法对分割后的每一个管环点云数据进行拟合，得到优化圆管片点云数据；

步骤5：对各个优化圆管片点云数据进行截取，获得管环截面点云切片；

步骤6：对管环截面点云切片进行拟合，获得几何中心；

步骤7：以拟合的各个优化圆管片点云数据的几何中心作为圆心，过几何中心计算各个优化圆管片点云数据的任意截面的圆直径集合；

步骤8：通过对各个圆直径集合中的直径数据进行对比，获得圆直径集合中的最大直径和最小直径；

步骤9：将圆直径集合中的最大直径和最小直径带入不圆度公式中，得到地铁隧道不圆度值；

所述的步骤1中的隧道中心轴线为隧道设计中心轴线；步骤1中所述的通过三维激光扫描设备采集隧道管壁点云数据，

包括以下步骤：

步骤11：沿隧道中心轴线，根据隧道形式在隧道中建立观测站，若隧道形式为直线段，则执行步骤12，否则，直线步骤13；

步骤12：若隧道形式为直线段，则沿隧道中心轴线，从隧道中心轴线起始环开始，每15～20环设置一个扫描测站，至隧道中心轴线终止环结束；

步骤13：若隧道形式不为直线段，则沿隧道中心轴线，从隧道中心轴线起始环开始，每10～15环设置一个扫描测站，至隧道中心轴线终止环结束；

步骤14：在观测站上架设三维激光扫描设备，并利用三维激光扫描设备采集隧道管壁点云数据；

步骤1中所述的隧道管壁点云数据包括空间三维坐标、强度和反射率；

所述隧道的形式为不仅包括直线段，同时包括非直线段，选择每15环设置一个扫描测站，扫描长度为各扫描测站两端各20m～25m，以此设置基本保证整个地铁隧道的隧道管壁点云数据采集的完整性。

2.根据权利要求1所述的一种基于静态激光扫描的地铁隧道不圆度检测方法，其特征在于，步骤2中所述的将采集到的隧道管壁点云数据进行拼接处理完成后，需要将完整的隧道管壁点云数中明显偏离隧道管壁的点进行剔除。

3.根据权利要求1所述的一种基于静态激光扫描的地铁隧道不圆度检测方法，其特征在于，步骤4中所述的随机噪声误差最小拟合方法，包括以下步骤：

步骤41：对各个分割后的管环点云数据的中轴线进行拟合，获得管环点云数据的中轴线；

步骤42：沿管环点云数据的中轴线方向提取管环截面点；

步骤43：采用最小二乘拟合法，将提取的管环截面点拟合为现状圆；

步骤44：将提取的管环截面点到拟合的椭圆的距离作为判断阈值，判断管环点云数据是否为非管环内壁点；

步骤45：将管环点云数据中的非管环内壁点进行剔除，得到优化圆管片点云数据。

4.根据权利要求1所述的一种基于静态激光扫描的地铁隧道不圆度检测方法，其特征在于，步骤7中所述的不圆度公式为：

其中，T为圆形隧道的不圆度，d_max为圆直径集合中的最大直径，d_min为圆直径集合中的最小直径，D为圆形隧道内壁理论设计直径。