[发明专利]一种基于凿岩台车的掌子面智能分析方法

说明书

本发明提供了一种基于凿岩台车的掌子面智能分析方法，采用了一种掌子面智能感知系统，智能感知系统包括图像采集组件和电脑；两组图像采集组件安装在台车的驾驶室两侧；图像采集组件包括云台和相机；通过电脑中的软件系统，能使电脑与相机、云台通信。智能分析方法包括以下步骤：标定相机，得出相机参数；拍摄掌子面左右图像并进行三维重建；获取掌子面点云数据和三角网格；利用区域生长算法识别结构面产状，计算出结构面平均倾向和平均倾角。本发明将相机和云台集成在台车上，操作人员在驾驶室就能调节拍摄角度，并实时拍摄掌子面，提高了施工效率和安全性；通过三维重建的方式提取掌子面的三维产状信息，减少人员测量误差，提升产状计算的精度。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种基于凿岩台车的掌子面智能分析方法。

背景技术

隧道掌子面施工过程中，若能根据隧道掌子面蕴含的信息掌握掌子面的岩体地质情况，可为评估围岩稳定性、确定隧道支护方案及施工工艺提供重要依据。

目前，国内隧道施工过程中地质测量人员用皮尺、地质罗盘、游标卡尺等传统工具在现场测量地质信息的情况依然占据多数。测量人员进行地质描述过程中，面临着诸多问题，诸如地质信息采集时间长，导致无法满足工程快速施工的需求。同时，信息测绘很大程度上取决于测量人员的主观判断和相关经验，岩体取样采集困难等。此外，现场测绘使采集人员直接面临岩崩、岩爆等危险。综上所述，施工人员采用人工地质素描技术不能充分提取、分析和利用掌子面信息，无法保证其准确性、可靠性。另外，人工描绘地质信息的更新速度慢，对后面的施工作业不能及时有效的反馈。因此，如何快速 、客观、可靠地获取隧道掌子面的地质信息至关重要。

随着摄影测量技术和激光测量技术的发展，逐渐被广泛应用于隧道掌子面领域中，弥补了人工采集时间长、精度低等不足之处。但在摄影和激光测量过程中仍需人工在隧道开挖面前架设相机、扫面仪等装置采集掌子面图像，人员安全仍不能得到保障。此外，由于隧道施工现场环境比较恶劣，如光线差，粉尘大，而隧道掌子面施工工序安排紧凑，想要在短时间内确定掌子面图像拍摄的位置、时间，进而获取高质量的掌子面图像比较困难。

综上所述，针对实际隧道掌子开挖作业过程中面临的以上问题，研究一种在不影响施工进度下能够方便快速拍摄掌子面高清图像的系统以及掌子面的结构面产状分析方法是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的问题与困难，提出了一种掌子面智能分析方法，该方法具有快速、便捷、适用范围广、可操作性强等特点，很大程度上提高了施工效率、掌子面地质信息描绘的自动化程度以及施工人员的安全性。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于凿岩台车的掌子面智能分析方法，采用了一种掌子面智能感知系统，所述掌子面智能感知系统包括图像采集组件和电脑；图像采集组件设有两组，分别对称安装在台车的驾驶室两侧；图像采集组件包括相机和云台；云台安装在台车上，相机设置在云台上；电脑中安装有软件系统，通过软件系统电脑能与相机、云台通信。

所述掌子面智能分析方法包括以下步骤：

步骤一，利用相机拍摄不同角度下的标定板对相机进行标定，得出相机内部参数；

步骤二，控制云台以左上、左下、中间、右上、右下五个姿态拍摄放置在掌子面前方左上、左下、中间、右上、右下五个位置的标靶，记录各个姿态下各个标靶中心的像素坐标，利用相机-云台-台车运动学建模，得到标靶中心像素坐标在台车坐标系下的坐标值；利用全站仪测量台车坐标系下各标靶中心的坐标值，通过使上述两种方式得到的不同拍摄姿态下掌子面前方不同位置标靶的坐标差值最小，得到修正的运动学建模参数，进而求出两个相机间的位姿关系；

步骤三，操作电脑中的软件系统采集掌子面图像并自动存储，应用开发的双目成像算法，对拍摄的掌子面进行三维重建，获取掌子面的点云数据以及三角网格；