[发明专利]一种基于正射投影图像的隧道管环识别与标注方法

说明书

本发明提出一种基于正射投影图像的隧道管环识别与标注方法，该方法的步骤为：1)将激光雷达扫描的点云数据转换成隧道正射投影图像；2)提取隧道正射投影图像中的环缝位置信息存入环缝位置信息表；3)识别隧道正射投影图像中的环号信息，将环号数值与相关位置数据存储进环号识别信息表中；4)对原始隧道正射投影图像进行管环标注，生成环号里程对照表。本发明的优点是将隧道管环识别与标注过程变成自动化的过程，免除人工参与对管环识别的准确率的影响，提高了识别的准确度及效率，具有更高的应用价值及经济效益。

技术领域

本发明涉及隧道管环识别，具体涉及一种基于正射投影图像的隧道管环识别与标注方法，属于隧道工程检测领域。

背景技术

随着国家基础设施建设步伐的加快，我国的隧道建设工作进入了迅猛发展的时期，随着地铁隧道里程的增加及运营时间的增加，经过一定的使用年限后，隧道会出现各种病害、变形等病害问题，为了保证地铁隧道的正常运营，就需要对隧道的变形及病害进行持续周期性的检测。

在基于隧道全断面扫描图像的隧道变形和病害检测方法中，除了要自动识别隧道内壁盾构的变形和病害以外，还需要自动分析出变形和病害所在的隧道盾构管环的编号位置以及对应的线路里程，管环识别的效率及准确度直接影响检测结果定位的准确性。

管环识别指检测隧道盾构管环之间的环缝以及及其环号。环缝指管环拼接处产生的缝隙，是两条管环之间的分界线，而环号指用油漆或其他涂料在隧道管环上标注的数字，代表当前管环所对应的序号。

目前的隧道管环识别主要采用半自动化技术，通过计算机软件生成正射投影图像，由人工借助CAD软件来观察图像找到环缝，在图像上手工标注环号。隧道管环识别的准确度和时间效率尚不能满足本行业的业务发展的需求。

发明内容

本发明提出一种基于正射投影图像的隧道管环识别与标注方法，将管环识别与标注过程分为环缝检测、环号识别和管环标注三个整体步骤进行；具体来说，本发明的方法包括下列步骤：

A.将激光雷达扫描的点云数据转换成隧道正射投影图像，具体步骤如下：

所述的激光雷达扫描的点云数据，是隧道内壁上每个点的东、北、高程坐标构成的XYZ三维坐标、以及反射率的集合；

所述的隧道正射投影图像，是一段隧道的三维坐标点集合投影到正射投影坐标系上构成的二维灰度图像；图像宽记为L，高记为H，每个像素点的灰度值是反射率经过变换而成的0-255之间的整数；

A1.构建正射投影坐标系；

所述的正射投影坐标系，原点位于图像的左上角，X轴正方向向右，Y轴正方向向下；图像在坐标系里的左上角坐标为(0，0)，右下角坐标为(L，H)；

A2.将隧道点云构成的隧道柱面展开，将展开面的左上角和右下角与正射投影坐标系的(0，0)、(L，H)点对齐，具体步骤如下：

A2.1以轨道中心线为分割线，将柱面展开，操作者面对柱面内表面；

A2.2面对隧道线路递增方向，将分割线右侧隧道中心线与X轴重合，隧道线路里程的起点对应于X轴0值，终点对应于X轴L值；将分割线左侧隧道中心线与Y坐标为H的水平直线重合，H值等于隧道断面圆周长；

A2.3将隧道柱面的展开面作为隧道正射投影图像；对齐关系如下：

隧道正射投影图像的左上角与隧道展开面的分割线右侧隧道中心线起点对齐，坐标为(0，0)；

隧道正射投影图像的右上角与隧道展开面的分割线右侧隧道中心线终点对齐，坐标为(L，0)；

隧道正射投影图像的左下角与隧道展开面的分割线左侧隧道中心线起点对齐，坐标为(0，H)；