[发明专利]基于三维激光扫描的岩体隧道掌子面分析反馈集成系统

权利要求书

1.一种基于三维激光扫描的岩体隧道掌子面分析反馈集成系统，其特征在于，包括：

掌子面三维激光扫描装置(1)，采用三维激光扫描技术，记录三维点云数据，并对外发送；

后台非连续数值分析装置(3)，进行点云数据的三维重构和信息自动提取，建立三维非连续数值模型并进行分析，将分析结果通过数据远程传输模块反馈给位于施工现场的移动终端(4)；

岩体隧道数据远程传输装置(2)，分别连接掌子面三维激光扫描装置(1)、移动终端(4)和后台非连续数值分析装置(3)，用于转发数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的岩体隧道掌子面分析反馈集成系统，其特征在于，所述系统还包括用于承载掌子面三维激光扫描装置(1)并调整掌子面三维激光扫描装置(1)的高度和位置的伸缩支架，所述掌子面三维激光扫描装置(1)固定于伸缩支架上。

3.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的岩体隧道掌子面分析反馈集成系统，其特征在于，所述后台非连续数值分析装置(3)包括：

前处理模块(31)，用于进行点云数据的三维重构和信息自动提取，建立三维非连续数值模型；

三维数值模型分析模块(32)，与前处理模块(31)连接，用于基于关键块理论和非连续变形分析等数值方法对三维非连续数值模型进行稳定性分析；

后处理模块(33)，与三维数值模型分析模块(32)连接，用于将稳定性分析结果通过岩体隧道数据远程传输装置(2)反馈给现场。

4.根据权利要求3所述的一种基于三维激光扫描的岩体隧道掌子面分析反馈集成系统，其特征在于，所述前处理模块(31)包括：

结构面产状的自动提取单元，基于点云数据提取结构面产状；

结构面迹线的自动提取单元，基于点云数据提取结构面迹线；

模型建立单元，分别与结构面产状的自动提取单元和结构面迹线的自动提取单元连接，用于根据结构面产状与结构面迹线建立三维非连续数值模型。

5.根据权利要求4所述的一种基于三维激光扫描的岩体隧道掌子面分析反馈集成系统，其特征在于，所述结构面产状的提取过程具体包括：

步骤A1：基于点云数据得到三角网数据，并采用基于样本密度和有效性指标分析的K-均值算法进行自动化分组；

步骤A2：对同一组结构面根据相邻关系及其之间的夹角进行分割及优化；

步骤A3：运用随机抽样一致性平面拟合算法拟合分割后的结构面点云；

步骤A4：通过掌子面三维激光扫描装置(1)姿态参数将结构面的法向量转换到世界坐标下表示并计算得到结构面产状。

6.根据权利要求4所述的一种基于三维激光扫描的岩体隧道掌子面分析反馈集成系统，其特征在于，所述结构面迹线的提取过程具体包括：

步骤B1：在三角网格上提取组成迹线的初始特征点；

步骤B2：对初始特征点一次进行分组、生长算法提取迹线片段、连接迹线片段和线性化迹线优化处理，得到结构面迹线。

7.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的岩体隧道掌子面分析反馈集成系统，其特征在于，所述岩体隧道数据远程传输装置(2)包括洞口中继设备(22)和多个隧道内中继设备(21)，所述洞口中继设备(22)和各隧道内中继设备(21)组成局域网络，并通过广域网与后台非连续数值分析装置(3)连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的岩体隧道掌子面分析反馈集成系统，其特征在于，所述三维点云数据包括三维坐标、反射率和纹理信息。