[发明专利]一种基于激光扫描数据的隧道监控量测成果可视化方法

权利要求书

1.一种基于激光扫描数据的隧道监控量测成果可视化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、采集隧道三维点云轮廓：将激光扫描仪架设在移动载体上，设置移动载体的移动速度，并预先设置所述激光扫描仪的扫描分辨和采样频率，利用激光扫描仪的2D断面螺旋扫描模式，覆盖隧道内壁并沿隧道里程方向移动采集隧道内壁带有激光反射率的断面点云，每一个断面点云的扫描点坐标以激光扫描仪仪器中心为圆心，同时，将隧道衬砌管片对应的环号信息与断面点云的扫描点坐标结合，从而获得隧道三维点云轮廓；

步骤二、点云单元文件索引存储：对获得的隧道三维点云轮廓原始点进行分块，建立点云单元文件，并对点云单元文件创建唯一的点云单元文件索引标识，采用阿里云对象存储服务接口标准对隧道三维点云轮廓原始点进行有序存放、共享和备份；

步骤三、点云单元文件可视化：将点云单元文件重采样抽稀并导出为AutoCAD图形文件，将点云单元文件切片可视化；

步骤四、获取全断面解算参数：根据抽稀处理后的点云单元文件对应的反射强度信息，构造抽稀处理后的点云单元文件对应的灰度矩阵，生成对应的初始影像，并由人工标注环缝环号、拼装块接缝位置，从而获得每个扫描断面对应全断面解算参数，所述全断面解算参数包括里程信息、设计直径、分块角度、作业时间、作业顺序和盾构区间名称；

步骤五、隧道全断面解算并建立可视化全断面数据库：对断面点云扫描点进行稳健估计，剔除粗差点，通过圆心拟合和直径收敛处理，获取以隧道断面中心为圆心的断面扫描点坐标和断面直径；由断面直径和分块角度单独拟合圆弧，然后获取对应断面内错台错缝，提取净空收敛变形数据，进行限界检测及全断面解算；

对全断面解算的结果，以分期、分块索引的方式进行结果的存储，并生成断面图形的dwg文件或全断面解算图形的xls报表，按隧道里程或环号序列绘制直径收敛曲线及单环的历时变化曲线，并将直径收敛、错台错缝、三维位移展示到隧道管片的BIM模型上，进行可视化显示，建立可视化全断面数据库；

步骤六、生成隧道漫游视频，过程如下：

步骤601、根据移动载体的移动速度和激光扫描仪的采样频率，计算可视化全断面数据库中隧道衬砌管片一环固定长度上断面点云扫描线数理论值，并将断面点云扫描线数理论值与可视化全断面数据库对应隧道衬砌管片一环实际断面点云扫描线数进行比较，对可视化全断面数据库中隧道衬砌管片一环实际断面点云扫描线数不均匀的断面点云扫描线数进行插值处理，获得沿隧道里程方向具有均匀分布的各个断面点云扫描线；

步骤602、根据对应断面点云的反射强度信息，对断面点云的反射强度进行圆心正射投影，获取断面点云中每个扫描点的灰度值；

步骤603、针对每环隧道衬砌管片上各个断面点云扫描线对应的灰度信息构建一个图像灰度矩阵，并添加地理标签，生成隧道衬砌管片各环的正射影像图；

步骤604、选取视角，以人眼为视角，设置视场角FOV以及隧道不同位置对应的最近可视距离和最远可视距离，以最远可视距离对应的投影平面作为透视投影的透视投影面，根据公式得计算隧道该透视范围内第i条断面点云扫描线坐标在透视投影面上的坐标值ρ_i，其中，r_i为隧道该透视范围内第i条断面点云扫描线坐标，l为视角点与透视投影面的固定距离，l_i为视角点与隧道该透视范围内第i条断面点云扫描线所在断面的距离；

从隧道该透视范围内最近可视距离逐渐过渡到最远可视距离，对隧道该透视范围内每一条断面点云扫描线进行透视投影，并将隧道该透视范围内每一条断面点云扫描线在透视投影面内的坐标和灰度信息一一对应，生成一帧透视投影影像；

步骤605、多次循环步骤604，生成可视化全断面数据库对应隧道衬砌管片区间沿隧道里程方向的逐帧的透视投影影像；

步骤606、设置每秒输出的透视投影影像帧数，按照时间顺序，对逐帧的透视投影影像连续输出，生成可视化全断面数据库对应隧道衬砌管片区间沿隧道里程方向且模拟人眼视角的漫游视频；

步骤七、隧道全断面数据监控量测成果可视化：建立盾构远程监控中心，将可视化全断面数据库通过REST API同步至云端服务器，实现长期记录和查询隧道盾构管片的全过程的可视化监控量测成果；将带有地理标签的漫游视频上传至云端服务器，发布为网络地图服务，由盾构远程监控中心进行远程访问，实现隧道全断面数据监控量测成果可视化指导、验收和监测。