基于三维激光扫描的隧道施工初支侵限监测分析预警方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三维激光扫描的隧道施工初支侵限监测分析预警方法，包括：步骤一、将待挖隧道沿其长度方向分为多个区段，在隧道现场布设标靶和三维激光扫描仪，获取隧道点云数据，获得该区段的三维隧道测量模型；步骤二、基于隧道设计图纸，将隧道单点坐标输入Revit软件，建立三维隧道模拟模型，使其与三维隧道模拟模型的隧道设计中线走向重合；步骤三、将模型进行嵌套，建立隧道三维色谱图；步骤四、设置初支侵限阈值，对该区段的侵限的初支单点进行自动报警。本发明专利技术能够通过隧道智能监控平台及时进行监控数据分析并提出安全预警，实现隧道开挖围岩变形初支侵限监测，确保施工安全，实现隧道施工整体安全管控水平的提高。

【技术实现步骤摘要】
基于三维激光扫描的隧道施工初支侵限监测分析预警方法
本专利技术涉及基于三维激光扫描的隧道施工监控关键技术。更具体地说，本专利技术涉及一种在隧道施工过程中，利用三维激光扫描隧道全断面，通过全断面尺寸与理论尺寸比较，得出隧道变形初支侵限监测分析预警技术。
技术介绍
我国属于多山国家，隧道在我国山区铁路、公路的修建中占有很大比例。对开挖后的隧道围岩进行动态监测，对隧道支护结构的设计和施工有指导意义。隧道初支施工质量关系到工程的安全和效益。由于初支完成之后即将进行铺设防水及二衬施工，如果初支断面出现超挖或侵限情况，在二衬施工过程中的衬砌断面尺寸将难以保证，会对二衬施工带来影响，故在二衬施工前应对初支情况进行有效检测和分析预警，以便能合理及有效的控制施工质量。关于隧道监测，目前隧道测量已经采用了全站仪测量，但是全站仪的精度在20～30m范围内只能达到3～4mm精度，测量精度不足；且受烟雾光线影响大，对测试环境要求高；在信息反馈方面环节过多，不能及时到达施工现场，信息反馈过慢。而三维激光扫描精度可达到0.6mm，受烟雾光线影响小，且能自动成像，自动传输数据，自动分析误差并能报警，所以把激光扫描技术应用到隧道测量中有其现实意义。因此，目前亟需一种利用三维激光扫描技术对隧道围岩初支变形进行监测的分析预警技术。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供一种基于三维激光扫描的隧道施工初支侵限监测分析预警方法，其能够通过隧道智能监控平台及时进行监控数据分析并提出安全预警，实现隧道开挖围岩变形初支侵限监测，确保施工安全，实现隧道施工整体安全管控水平的提高。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种基于三维激光扫描的隧道施工初支侵限监测分析预警方法，包括：步骤一、将待挖隧道沿其长度方向分为多个区段，对于每一个正在施工的区段，在隧道现场布设标靶和三维激光扫描仪，获取隧道点云数据，并进行包括点云拼接、去噪和坐标归化的数据处理，获得该区段的三维隧道测量模型；步骤二、基于隧道设计图纸，将隧道单点坐标输入Revit软件，建立三维隧道模拟模型，矫正所述三维隧道模拟模型，使得所述三维隧道测量模型和所述三维隧道模拟模型的隧道设计中线走向重合；步骤三、将所述三维隧道模拟模型转化为DWG格式，并导入3DReshaper软件，与所述三维隧道测量模型进行嵌套，建立隧道三维色谱图；步骤四、设置初支侵限阈值，将初支单点的测量坐标和图纸坐标分别代入所述三维隧道测量模型和所述三维隧道模拟模型并作差，计算初支单点的侵限坐标差值，当计算得到的侵限坐标差值大于所述初支侵限阈值时为侵限，计算得到的侵限坐坐标差值不大于所述初支侵限阈值时为合格，通过点选，查看该区段的初支单点侵限结果，并根据所述初支侵限阈值对该区段的侵限的初支单点进行自动报警。优选的是，所述的基于三维激光扫描的隧道施工初支侵限监测分析预警方法，三维激光扫描仪的测站间距为不超过50m，有效扫描半径为不超过25m，标靶识别的最大倾角为45°。优选的是，所述的基于三维激光扫描的隧道施工初支侵限监测分析预警方法，矫正的方法包括对调X轴数值和Y轴数值位置关系、将X轴数值和Y轴数值等倍量放大或缩小进行偏移中的一种或多种。优选的是，所述的基于三维激光扫描的隧道施工初支侵限监测分析预警方法，初支侵限阈值为0。优选的是，所述的基于三维激光扫描的隧道施工初支侵限监测分析预警方法，侵限和合格以不同颜色在隧道三维色谱图上显示。优选的是，所述的基于三维激光扫描的隧道施工初支侵限监测分析预警方法，当计算得到的侵限坐标差值大于所述初支侵限阈值时为侵限，采用红色显示，计算得到的侵限坐坐标差值等于所述初支侵限阈值时为合格，采用绿色显示，计算得到的侵限坐坐标差值小于所述初支侵限阈值时为合格，采用橙色显示。本专利技术至少包括以下有益效果：第一、隧道三维激光扫描的外业和内业关键参数(三维激光扫描仪的测站间距、有效扫描半径、标靶识别的最大倾角)确定，有助于全隧道三维激光扫描精度的提高，精度高、速度快、自动化程度高，监测受烟雾光线影响小，能在光线不好隧道中进行作业；第二、基于三维激光扫描的三维隧道测量模型与基于revit建立的三维隧道模拟模型拟合，用于隧道精细化变形监测，为初支侵限提供良好三维基础；第三、拟合模型色谱图及初支侵限阈值设置，隧道初支侵限三维检测，反应超欠挖情况，更加直观、准确、快速，数据可远程传输，自动分析，自动报警，可适用于类似基坑、建筑、桥梁等工程。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为本专利技术的三维激光扫描仪与标靶的布设的示意图；图2为本专利技术隧道设计中线与三维扫描点云拟合矢量图；图3为本专利技术隧道断面厚度8mm的三维扫描点云图；图4为本专利技术隧道初支三维曲面模型的示意图；图5为本专利技术初支三维点云云图；图6为本专利技术隧道初支侵限单点分析；图7为本专利技术初支侵限分析报告。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本专利技术的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。如图1～7所示，本专利技术提供一种基于三维激光扫描的隧道施工初支侵限监测分析预警方法，包括：步骤一、将待挖隧道沿其长度方向分为多个区段，对于每一个正在施工的区段，在隧道现场布设标靶和三维激光扫描仪，获取隧道点云数据，并进行包括点云拼接、去噪和坐标归化的数据处理，由初支单点的测量坐标获得该区段的三维隧道测量模型；步骤二、基于隧道设计图纸，将隧道单点图纸坐标输入Revit软件，建立三维隧道模拟模型，矫正所述三维隧道模拟模型，使得所述三维隧道测量模型和所述三维隧道模拟模型的隧道设计中线走向重合；步骤三、将所述三维隧道模拟模型转化为DWG格式，并导入3DReshaper软件，与所述三维隧道测量模型进行嵌套，建立隧道三维色谱图；步骤四、设置初支侵限阈值，将初支单点的测量坐标和图纸坐标分别代入所述三维隧道测量模型和所述三维隧道模拟模型并作差，计算初支单点的侵限坐标差值，当计算得到的侵限坐标差值大于所述初支侵限阈值时为侵限，计算得到的侵限坐坐标差值不大于所述初支侵限阈值时为合格，通过点选，查看该区段的初支单点侵限结果，并根据所述初支侵限阈值对该区段的侵限的初支单点进行自动报警。在上述技术方案中，基于三维激光扫描的隧道施工监控关键技术包括测站间距及分辨率优化控制技术、标靶布设及识别技术、激光扫描仪数据预处理技术、自动分析及预警技术。各分项技术相辅相成，互有联系。测站间距及分辨率优化控制技术根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三维激光扫描的隧道施工初支侵限监测分析预警方法，其特征在于，包括：步骤一、将待挖隧道沿其长度方向分为多个区段，对于每一个正在施工的区段，在隧道现场布设标靶和三维激光扫描仪，获取隧道点云数据，并进行包括点云拼接、去噪和坐标归化的数据处理，获得该区段的三维隧道测量模型；步骤二、基于隧道设计图纸，将隧道单点坐标输入Revit软件，建立三维隧道模拟模型，矫正所述三维隧道模拟模型，使得所述三维隧道测量模型和所述三维隧道模拟模型的隧道设计中线走向重合；步骤三、将所述三维隧道模拟模型转化为DWG格式，并导入3D Reshaper软件，与所述三维隧道测量模型进行嵌套，建立隧道三维色谱图；步骤四、设置初支侵限阈值，将初支单点的测量坐标和图纸坐标分别代入所述三维隧道测量模型和所述三维隧道模拟模型并作差，计算初支单点的侵限坐标差值，当计算得到的侵限坐标差值大于所述初支侵限阈值时为侵限，计算得到的侵限坐坐标差值不大于所述初支侵限阈值时为合格，通过点选，查看该区段的初支单点侵限结果，并根据所述初支侵限阈值对该区段的侵限的初支单点进行自动报警。

【技术特征摘要】
1.一种基于三维激光扫描的隧道施工初支侵限监测分析预警方法，其特征在于，包括：步骤一、将待挖隧道沿其长度方向分为多个区段，对于每一个正在施工的区段，在隧道现场布设标靶和三维激光扫描仪，获取隧道点云数据，并进行包括点云拼接、去噪和坐标归化的数据处理，获得该区段的三维隧道测量模型；步骤二、基于隧道设计图纸，将隧道单点坐标输入Revit软件，建立三维隧道模拟模型，矫正所述三维隧道模拟模型，使得所述三维隧道测量模型和所述三维隧道模拟模型的隧道设计中线走向重合；步骤三、将所述三维隧道模拟模型转化为DWG格式，并导入3DReshaper软件，与所述三维隧道测量模型进行嵌套，建立隧道三维色谱图；步骤四、设置初支侵限阈值，将初支单点的测量坐标和图纸坐标分别代入所述三维隧道测量模型和所述三维隧道模拟模型并作差，计算初支单点的侵限坐标差值，当计算得到的侵限坐标差值大于所述初支侵限阈值时为侵限，计算得到的侵限坐坐标差值不大于所述初支侵限阈值时...

【专利技术属性】
技术研发人员：田唯，杨钊，陈培帅，闫鑫雨，王紫超，杨允，
申请(专利权)人：中交第二航务工程局有限公司，中交武汉智行国际工程咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42