一种隧道三维形貌快速建模的方法技术

技术编号:29589631 阅读:26 留言:0更新日期:2021-08-06 19:49
本发明专利技术公开了一种隧道三维形貌快速建模的方法,1)数据采集步骤、2)数据处理步骤、3)滤波处理步骤、4)数据增补步骤、5)数据重建步骤;本发明专利技术提供快速实现三维形貌建模,给内业设计人员和外业施工人员提供隧道状况详细数据,包括侵限情况,利于接触网后植锚栓工程顺利开展的一种隧道三维形貌快速建模的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道三维形貌快速建模的方法
本专利技术涉及隧道建模
,更具体的说,它涉及一种隧道三维形貌快速建模的方法。
技术介绍
对于在铁路隧道内土建完工、铺轨作业完成进行接触网后植锚栓施工方案来说,保证施工作业车无障碍地行进以及施工前检测确认隧道内围壁、支护等无侵限情况的工作十分重要。该项工作可以减少或避免作业车碰障的风险,提前预判一些侵限情况,及时采取补救措施,保证施工进度和施工质量。然而由于工期等原因,能够用于检测的时间一般很短,任务繁重,因此,提高工作效率,寻求简便可行的检测方法很关键。目前用于完成上述任务的检测方法主要有人工目检和全站仪测三维坐标相结合的方法、三维激光扫描法。人工目检用于初步排除隧道内铁轨上和四周阻碍作业车行进的障碍物以及围壁明显侵限情况,全站仪三维坐标法是通过实测某个断面的上限测点三维坐标,人工描绘断面形状,再与设计断面进行比较,检查该断面是否存在侵限问题。这种结合式的方法存在以下几个缺陷:一是,人工目检,劳动强度大,漏检可能性高;二是,全站仪三维坐标法采用一个断面代表一定长度范围的隧道轮廓,与实际情况不符;三是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道三维形貌快速建模的方法,其特征在于,包括检测车,检测车车轮轴承相应位置设置旋转编码器,检测车车体相应位置设置二维激光雷达和倾角传感器;旋转编码器与控制器PLC连接,并将相应转换计算后的数据传送给上位机,二维激光雷达将获取的相应信息以TCP/IP协议的通信方式发送给上位机,倾角传感器将采集到的X轴、Y轴的倾斜角度以串口通信方式发送给上位机;/n具体的建模步骤如下:/n1)数据采集步骤:旋转编码器、二维激光雷达和倾角传感器采集相应的数据;/n2)数据处理步骤:上位机同时开启三个线程,分别轮询步骤1)中的三个接收端口,分别保存里程数据、二维激光雷达发送的截面数据和倾角传感器发送的X、Y两...

【技术特征摘要】
1.一种隧道三维形貌快速建模的方法,其特征在于,包括检测车,检测车车轮轴承相应位置设置旋转编码器,检测车车体相应位置设置二维激光雷达和倾角传感器;旋转编码器与控制器PLC连接,并将相应转换计算后的数据传送给上位机,二维激光雷达将获取的相应信息以TCP/IP协议的通信方式发送给上位机,倾角传感器将采集到的X轴、Y轴的倾斜角度以串口通信方式发送给上位机;
具体的建模步骤如下:
1)数据采集步骤:旋转编码器、二维激光雷达和倾角传感器采集相应的数据;
2)数据处理步骤:上位机同时开启三个线程,分别轮询步骤1)中的三个接收端口,分别保存里程数据、二维激光雷达发送的截面数据和倾角传感器发送的X、Y两轴的倾斜角度数据;
上位机中剔除里程数变化值小于设定值的里程数据;再根据保存数据的时间戳,选取对应的截面数据与倾斜角度数据并保存,形成相应的三维数据;
3)滤波处理步骤:上位机将三维坐标点数据保存至数据库,再根据里程范围从数据库中读取相应三维建模的三维坐标点数据;将相应三维坐标点数据进行滤波处理,剔除离群点;
4)数据增补步骤:对步骤3)处理后的数据进行修补处理和增密处理;修补处理是对记录的每组临近点做修补,其具体处理步骤如下:
4.1.1)依次对记录的每组临近点求出距离最短的两坐标点(X1,Y1)、(X2,Y2);
4.1.2)判断每组所求最短距离是否大于μ+3*σ且小于2*(μ+3*σ),若是,则将对应的坐标点((X1+X2)/2,(Y1+Y2)/2)添加到点集中;
增密处理是对修补处理后的新点集进行插值处理,使得数据密度变得比较均匀,其具体处理步骤如下:
4.2.1)遍历新点集,求每个点的最近点,若该点和最近点的间距大于设定距离1且小于设定距离2时,则将两点的中间点添加到点集中;
4.2.2)重复遍历步骤4.2.1)执行得到的点集,直到点集中的所有点和最近点的间距在设定距离1至设定距离2范围内,都得到处理;
5)数据重建步骤:将在步骤4)处理后的数据进行隧道曲面重建,具体处理如下:
5.1)将步骤4)处理后的数据通过法线投影到二维坐标平面内;
5.2)对投影得到的数据做平面内的三角化,从而得到各点的拓扑连接关系;平面三角化的过程中用到了基于Delaunay三角剖分的空间区域增长算法;
5.3)根据平面内投影点的拓扑连接关系确定各原始三维点间的拓扑连接,所得三角网格即为重建得到的隧道曲面模型。


2.根据权利要求1所述的一种隧道三维形貌快速建模的方法,其特征在于:二维激光雷达安装高度距离轨面1m,检测车检测过程中设定的最高时速为2.5公里每小时,二维激光雷达采用能对5m远处的目标物进行扫描的,且二维激光雷达采用的是一个截面的一次扫描传输时间为20ms的;当二维激光雷达完成一个截面的一次扫描并完成传输数据时,检测车每20ms时间的最大行驶距离为1.39cm,故上位机将里程数变化值设定为2cm;
为采集连续若干段隧道的弧形截面,将二维激光雷达的起始测量角度设定为-45°,终止测量角度设定为225°,共270°,每0.25°测量一个,每段共得到1081个测量数据。


3.根据权利要求2所述的一种隧道三维形貌快速建模的方法,其特征在于:相邻的测量点间距即为与里程数变化值设定值相近,对于采集连续若干段同半径的弧形截面,可形成点间距为2c...

【专利技术属性】
技术研发人员:郑军毕江海林建宇陈浙泊王振文王继军张望陈镇元马浩袁国堂尹绍杰邵园园杨扬戬林鹏
申请(专利权)人:浙江大学台州研究院中国铁建电气化局集团有限公司中铁建电气化局集团第三工程有限公司
类型:发明
国别省市:浙江;33

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