[发明专利]一种获取TBM隧洞形貌三维点云数据的装置及方法

说明书

本发明提供了一种获取TBM隧洞形貌三维点云数据的装置及方法，包括以下步骤：步骤一：TBM始发前，定位主梁上所有的扫描装置；步骤二：停机后，启动扫描装置获取三维点云数据，将各个扫描装置获取的三维点云数据拼接成完整的隧洞形貌；步骤三：将获取的三维点云数据截取成两次停机所在的隧道截面之间的长度；步骤四：将基于云台转轴坐标系下的三维点云数据转换成基于大地坐标系下的三维点云数据；步骤五：将处理后的三维点云数据保存到工控机中，并拼接到已完成掘进的隧洞形貌三维点云数据中；步骤六：扫描装置复位，等待下一次扫描开始。本发明解决了施工中TBM主梁阻挡扫描的问题，提供高精度的隧洞形貌三维模型。

技术领域

本发明属于隧道开挖施工领域，具体涉及一种获取TBM隧洞形貌三维点云数据的装置及方法。

背景技术

在TBM隧道施工过程中，开挖后裸露的隧道围岩存在局部塌方的风险，因此需要根据不同的隧道围岩情况对围岩进行不同方式的支护。传统通过肉眼判断开挖后裸露围岩情况的方法，存在效率低、工作量大、安全风险高等缺点，而且无法对隧道截面尺寸进行量化，进而无法得到开挖后隧道的准确信息。

获取刚开挖的隧洞形貌三维点云数据，可得知隧道围岩的情况，可成为一个判断隧道围岩稳定性的指标。与传统方法相比，本发明无需施工人员前去观察，保障了施工人员的安全，具有高精度、高密度、高效率等优点。因此，将获取点云数据技术运用于判断TBM施工中隧道围岩情况，具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种获取TBM隧洞形貌三维点云数据的装置及方法，通过在TBM上部点、定位，运用倾斜仪确定TBM前进方向，可以得到隧洞形貌完整、精确的点云数据。

为了实现上述目的，本发明提供了一种获取TBM隧洞形貌三维点云数据的方法，包括以下步骤：

步骤一：TBM始发前，定位主梁上所有的扫描装置；

步骤二：停机后，启动扫描装置获取三维点云数据，将各个扫描装置获取的三维点云数据拼接成完整的隧洞形貌；

步骤三：将获取的三维点云数据截取成两次停机所在的隧道截面之间的长度；

步骤四：将基于云台转轴坐标系下的三维点云数据转换成基于大地坐标系下的三维点云数据；

步骤五：将处理后的三维点云数据保存到工控机中，并拼接到已完成掘进的隧洞形貌三维点云数据中；

步骤六：扫描装置复位，等待下一次扫描开始。

其中，步骤二所述的将所有扫描装置获取的三维点云数据拼接成完整的隧洞形貌，包括以下步骤：

(1)对各个扫描装置获取的点云数据进行去噪，将误扫描点去除；

(2)将各个扫描装置获取的三维点云数据截取各自对应的角度范围α₁,α₂,α₃，其中α₁+α₂+α₃＝360°；

(3)将处理后的三维点云数据拼接成完整的隧洞形貌。

步骤三所述的截取长度为：所述三维点云数据的截取位置从扫描装置的安装截面开始，方向沿隧道中轴线朝TBM掘进方向的后方；

其中，L_i是工控机中记录的TBM两次停机之间隧道截面圆心的连线距离，θ_i是二轴倾斜仪测量TBM第i次停机与前一次停机之间的水平方向转角，是二轴倾斜仪测量TBM第i次停机与前一次停机之间的竖直方向转角。