本发明专利技术涉及一种基于多种融合数据的隧道开挖面检测方法，所述检测方法包括：基于固定固态激光雷达对三维点云数据进行采集以及处理；通过红外热成像仪采集与渗漏水区域进行自动判定；将多幅红外热成像和可见光图片进行多通道数据融合，并投影到重建后的开挖面三角网格上；根据隧道设计线路数据和设计断面数据计算超欠挖数据。本发明专利技术的优点在于：可以同时采集隧道开挖面的三维点云，可见光和红外热成像数据。通过仪器内置算法实时将这三种数据融合到一起。基于隧道设计线路和设计断面数据，可以分析出采集到的每个数据点的超欠挖情况，通过人机交互界面将3D可视化结果展示给用户，该扫描装置携带方便。扫描装置携带方便。扫描装置携带方便。
【技术实现步骤摘要】
一种基于多种融合数据的隧道开挖面扫描装置及检测方法
[0001]本专利技术涉及隧道勘探
，尤其涉及一种基于多种融合数据的隧道开挖面扫描装置及检测方法。
技术介绍
[0002]目前隧道开挖面施工的一个关键步骤是测量开挖面表面的超欠挖数据，现在的施工现场一般是使用全站仪或者三维激光扫描仪进行测量开挖面表面的大地坐标数据；如果是通过全站仪一般凭借测量员的经验测量开挖面上的若干个部位，结合已有的隧道线路和断面设计数据计算出相应的超欠挖值，以此评估整个开挖面的超欠挖情况；如果使用三维激光扫描仪扫描开挖面点云，需要放置多个定位球，通过全站仪测量出定位球坐标并在相关软件中注册点云，最后根据设计数据计算每个点云的超挖值，整个开挖面的超欠挖情况对后续工序的开挖台车放置，初支衬砌铺设都有着重要指导意义。
[0003]如果是单纯实用全站仪，通过手动方式测量的数据点个数非常有限，不能全面掌握隧道开挖面的超欠挖情况；使用全站仪手动测点的还有施工干扰严重以及耗时长的问题，同时对技术人员的要求比较高；如果使用三维激光扫描仪，虽然可以全方位采集开挖面点云，但是工业级别的三维扫描仪价格昂贵，无法为每个隧道开挖面都配备一台扫描仪，而且还需要多个软件配合才能得到所需要的结果数据。而且目前在实际应用中是地质人员在开挖面通过肉眼绘制地质素描草图，这种方法的人为误差较大；还有掌子面后方容易出现局部渗漏水的情况，若不能够对掌子面后支及时采取封堵措施，会造成严重的施工事故，影响工程进度，同时也会给施工人员的生命安全带来潜在的风险，因此及时识别掌子面上的渗漏水部位对后续施工非常重要。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种基于多种融合数据的隧道开挖面扫描装置及检测方法，解决了现有技术中存在的不足。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种基于多种融合数据的隧道开挖面检测方法，所述检测方法包括：基于固定固态激光雷达对三维点云数据进行采集以及处理；通过红外热成像仪采集与渗漏水区域进行自动判定；将多幅红外热成像和可见光图片进行多通道数据融合，并投影到重建后的开挖面三角网格上；根据隧道设计线路数据和设计断面数据计算超欠挖数据。
[0006]进一步地，所述基于固定固态激光雷达对三维点云数据进行采集以及处理包括：
[0007]控制云台按照指定的角度进行运动，并记录当前水平云台和俯仰云台的角度信息；
[0008]当水平云台和俯仰云台停下后，采集当前位置一定时间内的固态激光雷达的点云数据；
[0009]对采集的点云数据进行降噪处理，以去掉边缘的激光点和角度不符合要求的激光
点；
[0010]根据当前水平云台和俯仰云台的角度，将相对于固态激光雷达坐标系下的点云坐标变换到相对于扫描仪坐标系下的坐标，再根据识别的定位球的大地坐标将点云坐标注册在大地坐标系下；
[0011]将多个站点采集的数据合并成一个完整的开挖面点云，通过泊松表面重建算法进行三维重建得到开挖面三角网格模型。
[0012]进一步地，所述通过红外热成像仪采集与渗漏水区域进行自动判定包括：
[0013]当水平云台和俯仰云台停止下后，同时拍摄一张该位置的红外热成像图像和可见光图像；
[0014]根据选择的分辨率将红外热成像图像和可见光图像上的像素投影到合成图像上；且该合成图像上的每个像素都包括R、G、B、T四个通道的数据，RGBT四个通道的初始值均为0；
[0015]通过插值法计算图片上空缺像素位置处的RGBT，如果合成图像上某个像素位置有多个RGBT数据时，则计算其平均值；
[0016]根据合成图像的T通道数据，计算合成图像上温度的分布范围，得到一个可以将这个分布分成两个区间的阈值，并将低于该阈值的图像像素判定为渗水区域；根据RGB三通道与T通道一一对应的关系，同时得到标记渗水区域的可见光图像。
[0017]进一步地，所述将多幅红外热成像和可见光图片进行多通道数据融合，并投影到重建后的开挖面三角网格上包括：
[0018]获取所述开挖面三角网格模型和所述RGBT数据，使用获取RGBT数据时云台的运动参数，根据球面模型将RGBT数据投影到开挖面三角网格模型上，并记录每个顶点积累的RGBT数值；
[0019]遍历开挖面三角网格模型每个顶点，如果某点有多个RGBT数值则计算一个平均值作为这个顶点的最终RGBT数值；如果某点没有RGBT数值，则从该点附近若干个具有有效RGBT数据的顶点取出数值，并计算出一个加权平均值作为该点的最终RGBT数值。
[0020]进一步地，所述根据隧道设计线路数据和设计断面数据计算超欠挖数据包括：
[0021]通过交互显示屏设置隧道设计线路数据和设计断面数据，填写开挖里程区间使用的不同类型的开挖设计断面；
[0022]获取重建后的开挖面三角网格模型使用的点集合，计算某个三维大地坐标点到平曲线的距离和里程值和到竖曲线的距离；
[0023]根据得到的所述平曲线的距离和竖曲线的距离相对于设计线路中线的二维相对坐标，计算其到二维设计断面的距离，并将其作为数据点的超欠挖值。
[0024]进一步地，所述检测方法还包括对基于Linux嵌入式系统的扫描硬件进行控制的步骤；所述基于Linux嵌入式系统的扫描硬件进行控制包括：
[0025]启动扫描仪的嵌入式系统对接入扫描仪的硬件进行自动检测，如果有异常情况则通过显示屏显示；
[0026]通过固态激光雷达、可见光相机和红外热成像仪开始采集数据，并控制两轴数字云台进行水平和垂直方向旋转。
[0027]一种基于多种融合数据的隧道开挖面扫描装置，它包括设置在两轴数字云台1上
的基于Linux嵌入式系统的设备控制与数据处理模块4，并通过使用水平方向转台将基于Linux嵌入式系统的设备控制与数据处理模块4与两轴云台相互连接，设备状态与处理结果显示屏2固定在基于Linux嵌入式系统的设备控制与数据处理模块4上，可以通过显示屏查看设备运行情况和扫描结果数据；固态激光雷达8，红外热成像仪5，可见光工业相机6和红点激光指示器7通过一个长方体壳体组装在一起形成一个传感器仓，传感器仓通过固定在两轴数字云台1中的俯仰电机转台上，可以实现在水平方向和垂直方向的旋转。
[0028]本专利技术具有以下优点：一种基于多种融合数据的隧道开挖面扫描装置及检测方法，可以同时采集隧道开挖面的三维点云，可见光和红外热成像数据。通过仪器内置算法实时将这三种数据融合到一起。基于隧道设计线路和设计断面数据，可以分析出采集到的每个数据点的超欠挖情况，通过人机交互界面将3D可视化结果展示给用户，该扫描装置携带方便。
附图说明
[0029]图1为本专利技术方法的流程图；
[0030]图2为重建后的开挖面超欠挖值三维网格模型图；
[0031]图3为掌子面正摄影图；
[0032]图4为开挖面激光断面图；
[0033]图5为掌子面渗水热成像图；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于多种融合数据的隧道开挖面检测方法，其特征在于：所述检测方法包括：基于固定固态激光雷达对三维点云数据进行采集以及处理；通过红外热成像仪采集与渗漏水区域进行自动判定；将多幅红外热成像和可见光图片进行多通道数据融合，并投影到重建后的开挖面三角网格上；根据隧道设计线路数据和设计断面数据计算超欠挖数据。2.根据权利要求1所述的一种基于多种融合数据的隧道开挖面检测方法，其特征在于：所述基于固定固态激光雷达对三维点云数据进行采集以及处理包括：控制云台按照指定的角度进行运动，并记录当前水平云台和俯仰云台的角度信息；当水平云台和俯仰云台停下后，采集当前位置一定时间内的固态激光雷达的点云数据；对采集的点云数据进行降噪处理，以去掉边缘的激光点和角度不符合要求的激光点；根据当前水平云台和俯仰云台的角度，将相对于固态激光雷达坐标系下的点云坐标变换到相对于扫描仪坐标系下的坐标，再根据识别的定位球的大地坐标将点云坐标注册在大地坐标系下；将多个站点采集的数据合并成一个完整的开挖面点云，通过泊松表面重建算法进行三维重建得到开挖面三角网格模型。3.根据权利要求1所述的一种基于多种融合数据的隧道开挖面检测方法，其特征在于：所述通过红外热成像仪采集与渗漏水区域进行自动判定包括：当水平云台和俯仰云台停止下后，同时拍摄一张该位置的红外热成像图像和可见光图像；根据选择的分辨率将红外热成像图像和可见光图像上的像素投影到合成图像上；且该合成图像上的每个像素都包括R、G、B、T四个通道的数据，RGBT四个通道的初始值均为0；通过插值法计算图片上空缺像素位置处的RGBT，如果合成图像上某个像素位置有多个RGBT数据时，则计算其平均值；根据合成图像的T通道数据，计算合成图像上温度的分布范围，得到一个可以将这个分布分成两个区间的阈值，并将低于该阈值的图像像素判定为渗水区域；根据RGB三通道与T通道一一对应的关系，同时得到标记渗水区域的可见光图像。4.根据权利要求1所述的一种基于多种融合数据的隧道开挖面检测方法，其特征在于：所述将多幅红外热成像和可见光图片进行多通道数据融合，并投影到重建后的开挖面三角网格上包括：获取所述开挖面三角网格模型和所述RGBT数据，使用获取...
【专利技术属性】
技术研发人员：仇文革，李斌，程云建，简辽，白衡斌，
申请(专利权)人：成都天佑智隧科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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