[发明专利]一种基于深度相机的隧道打孔倾角修正方法

说明书

本发明涉及隧道工程测量技术领域，具体涉及一种基于深度相机的隧道打孔倾角修正方法。该方法包括：利用优化目标检测模型识别匹配凹槽对，并定位打孔点；以打孔点为中心点在匹配凹槽对中的左侧凹槽与右侧凹槽之间获取限定范围内的点云数据，记为修正点云数据；获取修正点云数据对应的拟合曲面以及拟合曲面的中心法向量；根据以打孔点为中心的预设范围内的点云数据获取其对应的估计法向量；基于中心法向量和估计法向量获取修正法向量；根据修正法向量计算得到第一方向和第二方向的倾角修正分量；利用第一方向和第二方向的倾角修正分量对打孔机器人钻头的打孔倾角进行修正。本发明能够精确的对打孔机器人钻头的打孔倾角进行修正。

技术领域

本发明涉及隧道工程测量技术领域，具体涉及一种基于深度相机的隧道打孔倾角修正方法。

背景技术

在地铁隧道的施工中，需要在隧道侧壁上安装线缆、管道等，因此需要在隧道壁进行钻孔。通常，采用的都是人工作业的方式，也即是工人在梯车上持电钻进行钻孔，进行钻孔操作时一般是依据经验来控制钻孔外倾角度的，但是由于工人主观性的存在，隧道的倾斜角度往往达不到后续施工要求的标准，会给后续的施工带来很大的困难。此外，传统的人工钻孔效率低，成本高，风险大，劳动强度高，飞溅的灰尘可能对建筑工人的健康构成重大威胁。

目前，除了传统的依靠工人经验控制钻孔和倾角专用测量设备对隧道打孔倾角预判和修正外，还有一些借助工业级3D相机使用3D图像技术或者多个激光测距仪来计算隧道打孔点位置倾角的方法。

工业级3D相机能记录相机视角范围内隧道墙面上所有点的三维坐标数据，让机器人的视觉系统能够轻松地获取到包括打孔点在内所有点的深度信息，从而利用打孔点周围点的深度信息去计算打孔点所在位置的倾角；利用多个激光测距仪的方式，可以获取其平面所在法向量，再计算需要修正的倾角。但利用上述这些方法存在许多不足：工业级3D相机，相对来说价格高昂，大幅增加了打孔机器人的设备成本；3D相机的结构复杂，在打孔机器人工作时引发的震动，可能会影响其内部结构的稳定性，造成设备较易发生故障；若采用激光测距仪方案，工控机需要完全接收激光测距仪返回的结果，若其中一个测距仪的结果有误或者在运行中无法返回结果，则会导致倾角计算失败，无法进行打孔法向修正的操作，降低了系统的可靠性。激光测距仪的测距点易落在盾构板凹槽中或激光在途中受障碍物格挡，将导致计算的修正倾角结果不正确，进而影响打孔机器人垂直打孔。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于深度相机的隧道打孔倾角修正方法，所采用的技术方案具体如下：

本发明一个实施例提供了一种基于深度相机的隧道打孔倾角修正方法：

对获取的隧道盾构板的表面图像进行增强处理获得增强表面图像；

改变目标检测模型的结构获得优化目标检测模型；

利用优化目标检测模型识别增强表面图像中的匹配凹槽对，基于匹配凹槽对定位打孔点；

以打孔点为中心点在匹配凹槽对中的左侧凹槽与右侧凹槽之间获取限定范围内的点云数据，记为修正点云数据；

获取所述修正点云数据对应的拟合曲面以及所述拟合曲面的中心法向量；

根据以所述打孔点为中心的预设范围内的点云数据获取其对应的估计法向量；

基于所述中心法向量和所述估计法向量获取修正法向量；

根据所述修正法向量计算得到第一方向和第二方向的倾角修正分量；

利用所述第一方向和第二方向的倾角修正分量对打孔机器人钻头的打孔倾角进行修正。

优选地，改变目标检测模型的结构获得优化目标检测模型，包括：