[发明专利]一种基于点云数据的地铁限界检测及调线调坡方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于点云数据的地铁限界检测及调线调坡方法及系统，包括：通过三维激光扫描仪获取地铁隧道点云数据；通过点云软件处理获取的点云数据；根据处理后的点云数据进行地铁隧道断面的剖切；将限界断面与点云数据获取的实测断面图对比；通过获取断面的点云数据，然后生成隧道的断面图和地铁的限界图，再将地铁的限界图与隧道的实测点云图进行比对，根据比对的结果和地铁限界检测标推进行限界分析，根据限界分析结果进行线路的调线调坡工作。实现了对地铁限界的自动化检测；而引入三维激光扫描仪，可以不受环境和光源的限制，降低人员需求的同时，提高了检测的精度和效率。

技术领域

本发明涉及限界技术及地铁设计施工领域，具体来说，涉及一种基于点云数据的地铁限界检查及调线调坡方法及系统。

背景技术

地铁隧道净空的限界检测及调线调坡是贯穿地铁施工、隧道贯通和开通前检查的必不可少的环节。目前，以上工作流程均是人工操作，费时费力，尤其在施工过程中，施工单位往往在隧道偏移过大后才发现而想纠偏，导致线路频繁的调线调坡。有的因要纠偏量过大甚至无法调线调坡，只能土建整改，给施工单位和建设公司带来极大的经济损失。因此限界检测是地铁隧道建设中一项必不可少的工作。

地铁限界检测常用的方法是断面检测法，根据限界标准制作可伸缩框架限界检测车，不同路段根据限界标准调整伸缩杆，全线逐段检测。该方法具有操作复杂、不同路段不断调整作业效率低下、出现问题人工测量记录、误差因素较多、硬碰撞检测、存在安全隐患等缺点。

当前隧道限界测量工作中存在着局限性，主要表现在：运用全站仪测量隧道数据受环境影响较大，无法在复杂的现场和空间实现对被测结构进行快速扫描测量，且数据误差大；现有技术手段获取的断面是由全站仪测量隧道内壁的离散点拟合出来的断面，断面的精度较低且能获取的断面数量较少；目前的调线调坡工作主要依靠技术人员的经验来指导进行，效率低且精度不高。

针对以上问题，目前市场上还没有一款成熟的自动化检测系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于点云数据的地铁隧道限界检测及调线调坡方法，能够实现对隧道限界的自动化检测，能够实现对隧道中心线的调整，并给出检测断面侵线值和中轴线包络线，极大的提高了工作效率和检测精度。

本发明的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种基于点云数据的地铁隧道限界及调线调坡方法，包括：通过三维激光扫描仪获取地铁隧道点云数据；通过点云算法处理获取的点云数据；根据处理后的点云数据进行地铁隧道断面的剖切；将限界断面、车辆限界与点云数据获取的实测断面图套和对比；筛选出存在侵限的断面并计算侵线值、计算断面中心偏差；将检测断面中心连接成隧道中轴线，给定允许偏差范围，筛选需要进行调线调坡处理的断面及里程范围；并根据相关检测标准和设计资料给出调线调坡数值，完成线路的自动调线调坡处理工作。

优选地，处理获取的点云数据过程包括：点云数据去噪、点云数据拼接、点云数据精简和坐标转换过程，从而将获取的点云数据转换成测量坐标系下的隧道实体三维空间位置数据。

优选地，根据处理后的数据进行地铁隧道断面的剖切，包括：得到某段里程间的隧道中轴线方程；根据隧道中轴线方程生成隧道实测断面图及断面拟合方程；根据断面方程带入断面里程获取隧道中心点坐标和高程。

优选地，隧道中轴线的获取过程包括：将点云数据投影至平面、剖面，沿隧道走向设置合理步长，依次搜垂直隧道走向、竖直方向上点云数据坐标值最大和最小的点，也就是提取边界点，对边界点进行拟合方程，进而得到隧道中轴线方程。

优选地，隧道实测横断面的获取过程包括：根据隧道中轴线方程可计算截取断面中心的处切向量，该切向量即是断面法向量。横断面内的点与断面中心形成的向量与断面法向量垂直，已知断面中心的设计坐标值，根据向量间垂直关系可建立截取断面的断面方程，根据点到平面的距离公式可截取任意厚度的隧道横断面。