一种盾构隧道表面点云数据分段方法技术

本发明专利技术涉及一种盾构隧道表面点云数据分段方法，包括：1）盾构隧道点云投影：根据盾构隧道点云走向，将三维点云转换成二维；2）边界点提取：将投影后的二维点云网格化，利用网格提取出点云的上下边界点；3）隧道点云分段位置计算：a）所提取边界点的切线斜率计算；b）分段位置计算；4）对两个投影面上盾构隧道点云分段位置联合处理，完成隧道整体点云数据的分段，为隧道点云建模做准备。优点：1）研究了盾构隧道表面点云的分段方法，为基于TLS技术的盾构隧道的中轴线提取、断面分析等点云处理方法提供了技术支撑。2）有效提高中轴线拟合精度，补充盾构隧道变形监测技术方法，在盾构隧道安全监测、预防重大事故方面具有重要的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构隧道表面点云数据分段方法
本专利技术是一种盾构隧道表面点云数据分段方法，属于土木工程安全监测

技术介绍
基于地面激光扫描（TerrestrialLaserScanning,TLS）的盾构隧道变形监测技术是当前变形监测领域研究的热门技术。当前基于TLS的盾构地铁隧道变形监测方法是通过提取中轴线得到隧道断面，对隧道断面进行分析，获取隧道变形量值。部分研究采用将隧道中轴线上的点提取出之后直接进行二次曲线拟合获得中轴线，但是对于存在直线段和曲线段的隧道而言，直接采用二次曲线拟合降低了中轴线提取精度。如果能对隧道进行精确分段，然后分别对分段隧道提取中轴线将提高中轴线拟合精度。
技术实现思路
本专利技术提出的是一种盾构隧道表面点云数据分段方法，其目的在于针对现有隧道变形监测存在的不足，提供一种准确区分盾构隧道表面点云的直线段和曲线段的分段方法，为后续基于点云的隧道建模与形变分析提供技术支撑。本专利技术的技术解决方案：一种盾构隧道表面点云数据分段方法，包括以下步骤：（1）盾构隧道点云投影：根据盾构隧道点云整体走向，选择XOY、YOZ或XOZ面中的两个作为投影面，将三维点云转换成二维，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构隧道表面点云数据分段方法，其特征是包括以下步骤：（1）盾构隧道点云投影：根据盾构隧道点云整体走向，选择XOY、YOZ或XOZ面中的两个作为投影面，将三维点云转换成二维，简化计算；（2）边界点提取：在平面内将投影后的二维点云网格化，利用网格提取出点云的上下边界点；（3）隧道点云分段位置计算：a）提取边界点的切线斜率计算：对盾构隧道点云边界邻域拟合，对拟合函数求导计算斜率；b）分段位置计算：以切线斜率为纵轴建立K‑X坐标系，在该坐标系中对切线斜率进行拟合分析，得出拟合直线的交点，交点的横坐标值X即为隧道分段位置，获得两个投影面上隧道点云的分段位置；（4）对两个投影面上盾构隧道点云分段位...

【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道表面点云数据分段方法，其特征是包括以下步骤：（1）盾构隧道点云投影：根据盾构隧道点云整体走向，选择XOY、YOZ或XOZ面中的两个作为投影面，将三维点云转换成二维，简化计算；（2）边界点提取：在平面内将投影后的二维点云网格化，利用网格提取出点云的上下边界点；（3）隧道点云分段位置计算：a）提取边界点的切线斜率计算：对盾构隧道点云边界邻域拟合，对拟合函数求导计算斜率；b）分段位置计算：以切线斜率为纵轴建立K-X坐标系，在该坐标系中对切线斜率进行拟合分析，得出拟合直线的交点，交点的横坐标值X即为隧道分段位置，获得两个投影面上隧道点云的分段位置；（4）对两个投影面上盾构隧道点云分段位置联合处理，完成隧道整体点云数据的分段。2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道表面点云数据分段方法，其特征是所述步骤a）所提取边界点的切线斜率计算，包括以下步骤：1）搜索[x-∆x，x+∆x]范围内的边界点，∆x根据需要进行设置；2）采用Ransac算法和二次曲线方程拟合步骤1）所提取边界点，曲线拟合的二次曲线方程为：；3）对拟合函数求导计算斜率K，斜率K计算公式为：对于边界上的所有点均采用上述方法计算斜率。3.根据权利要求1所述的一种盾构隧道表面点云数据分段方法，其特征是所述步骤b）分段位置计算，包括以下步骤：1）设边界上各点斜率与横坐标值点坐标（X，K）构成集合P，计算集合P中的点的数量num；2）对集合P中点使用Ransac算法和直线方程进行拟合，拟合所用直线方程为：K=K'x+b；设置阈值ε1，计算集合P中每个点到拟合直线的距离d，若d<...

【专利技术属性】
技术研发人员：史玉峰，曹震，曹伟，陈动，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32