[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

说明书

本发明提出了一种基于静态激光扫描的地铁隧道不圆度检测方法，旨在克服隧道不圆度检测方法无法兼顾检测效率与检测精度等问题缺陷。包括以下步骤：沿隧道中心轴线，采集隧道管壁点云数据；将采集到的隧道管壁点云数据进行拼接处理；以管环为单元，将完整的隧道管壁点云数据进行分割；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；对各个优化圆管片点云数据进行截取和拟合，获得几何中心；以几何中心作为圆心，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；获得圆直径集合中的最大直径和最小直径；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。

技术领域

本发明属于地下工程变形测量技术领域，具体涉及一种基于静态激光扫描的地铁隧道不圆度检测方法。

背景技术

通过快速的盾构施工，完成地铁隧道的挖掘。由于圆结构具有任一方向受荷载力均匀且等同、自身稳定、承压效果好的优点，形成的隧道截面大都采用圆形截面。但是地下隧道工程受不利地质条件、施工期与运营期荷载变化因素影响，风险源较多并且复杂，容易使地铁隧道截面产生变形。这个变形会给地铁隧道的稳定性带来不利的影响，因此对隧道衬砌管片环直径的不圆度进行检测，采用隧道不圆度作为判断隧道结构稳定性的一个重要参数。

由于地铁隧道内环境恶劣、光源昏暗、视距作业条件有限，现有的测量手段，如“皮尺+铅锤”、全站仪、激光隧道断面仪及轨检激光扫描仪等，无法兼顾检测效率与检测精度，同时还存在圆环点稀少、识别困难、观测偏离等问题，不能精确得到隧道稳定性判别参数，难以准确反映隧道实际变化情况。基于以上分析，有必要提出一种对环境、光线依赖性低、在作业效率与成果精度双方面优势明显的隧道不圆度检测方法。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术存在的针对隧道不圆度检测方法无法兼顾检测效率与检测精度等问题缺陷，提出了一种基于静态激光扫描的地铁隧道不圆度检测方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括如下步骤：

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。

步骤1中所述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；