一种运营轨道交通隧道全域相对变形的监测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种运营轨道交通隧道全域相对变形的监测方法及系统，本方案利用三维激光扫描技术对运营轨道隧道进行三维全景监测，弥补了基于全自动全站仪的传统监测方法无法全面获取结构整体的变形情况，得到了监测区段的三维点云数据，并以对称的基准标靶的中心连线作为断面基准线，从点云数据中获取了地铁隧道结构的断面相对变形、收敛变形、管片错台以及轨距变形情况，实现对运营轨道隧道结构状况进行高效的、无损的、长期的安全监测，以此掌握其结构性能的变化，很好地解决了传统的人工监测手段效率低、人工费高、工序复杂的问题。工序复杂的问题。工序复杂的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种运营轨道交通隧道全域相对变形的监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及轨道监测
，具体涉及一种运营轨道交通隧道全域相对变形的监测方法及系统。

技术介绍

[0002]隧道的相对变形监测主要分为隧道水平、竖向收敛监测，轨道的差异沉降监测。收敛监测采用的传统仪器主要是收敛尺、收敛计(巴塞特收敛测量系统)或全站仪，差异沉降监测采用的传统仪器主要是静力水准仪和水准仪。传统的监测方式主要采集隧道特定断面的变形情况，很难全面反映隧道全域的结构变形情况，并且作业效率低，内业处理过程繁琐，不能及时有效地反映隧道全域结构安全状态。
[0003]三维激光扫描仪架站式作业方式，可获得运营轨道交通隧道短距离范围内的高密度点云，点云精度可达到
±
3mm，但架站式扫描效率较低，不适用于运营轨道交通长距离隧道形变监测和病害获取。
[0004]传统轨道移动小车监测方法，虽采用了盾构法施工隧道管片的特征点，实现了运营轨道交通盾构法施工隧道病害高清影像和隧道相对形变数据的高效获取，但因行程累计误差较大，不能精确获取非盾构法施工隧道同一里程断面不同期次监测数据，不能解决运营轨道交通非盾构法施工隧道断面相对形变的难题。
[0005]因此，亟需研发一种高效获取运营轨道交通各工法隧道全域结构病害和相对形变的移动三维激光扫描监测技术和方法。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术提出一种运营轨道交通隧道全域相对变形的监测方法及系统，
[0007]以解决现有技术中存在的难以高效获取运营轨道交通各工法隧道全域结构病害和相对形变的技术问题。
[0008]一种运营轨道交通隧道全域相对变形的监测方法，其特征在于，包括：采用快速安装装置在隧道内两侧对称的布设用于扫描的基准标靶，并使所述基准标靶中心点位于同一监测断面内；采用搭载在轨道移动小车上的三维激光扫描仪进行点云采样，得到点云数据；以对称的所述基准标靶的中心连线作为断面基准线，根据所述点云数据计算隧道断面的相对变形，所述相对变形包括水平收敛、拱顶沉降以及轨道差异沉降。
[0009]在其中一个实施例中，所述采用搭载在轨道移动小车上的三维激光扫描仪进行点云采样，得到点云数据步骤之前，还包括：采用遥控器控制所述轨道移动小车的移动，并采用移动终端控制三维激光扫描仪的点云采样的频率。
[0010]在其中一个实施例中，所述采用搭载在轨道移动小车上的三维激光扫描仪进行点云采样，得到点云数据步骤之后，还包括：以对称的所述基准标靶的中心连线作为隧道断面的基准线，任意选择一个断面作为目标断面；获取与所述目标断面相邻的前后断面的位置
为基准，预设1/N基准的断面间距为步长，从而获得目标断面的相对位置，所述步长大于单侧相邻两个基准标靶的间距；根据所述目标断面的前后点云获取任意断面的相对位置处的相对形变监测数据。
[0011]在其中一个实施例中，所述采用搭载在轨道移动小车上的三维激光扫描仪进行点云采样，得到点云数据步骤之后，还包括：所述移动终端接收并存储所述三维激光扫描仪采集的点云数据。
[0012]在其中一个实施例中，所述移动终端接收并存储所述三维激光扫描仪采集的点云数据步骤之后，还包括：所述移动终端对所述点云数据进行识别，当识别到异常的点云数据时，控制所述三维激光扫描仪对所述异常的点云数据进行重新采集。
[0013]在其中一个实施例中，所述采用搭载在轨道移动小车上的三维激光扫描仪进行点云采样，得到点云数据步骤之后，还包括：对所述点云数据进行去噪处理，得到目标点云数据；根据所述目标点云数据建立隧道的三维模型；基于所述三维模型，进行断面点云切片处理；基于切片后的点云数据计算隧道断面的相对变形，实时监测断面的相对变形情况。
[0014]在其中一个实施例中，以对称的所述基准标靶的中心连线作为断面基准线，根据所述点云数据计算隧道断面的相对变形，所述相对变形包括水平收敛、拱顶沉降以及轨道差异沉降步骤，包括：以对称的所述基准标靶的中心连线作为断面基准线；将所述基准线向拱顶方向平移固定高度并与隧道结构边线相交，提取两个交点的长度值作为该隧道断面的水平收值；将隧道拱顶与所述基准线垂直的距离值作为该隧道断面的拱顶沉降值；将左轨面中心、右轨面中心与所述基准线垂直的距离值分别作为轨道的左高差和右高差，并根据所述左高差和所述右高差计算轨道差异沉降值。
[0015]在其中一个实施例中，以对称的所述基准标靶的中心连线作为断面基准线，根据所述点云数据计算隧道断面的相对变形，所述相对变形包括水平收敛、拱顶沉降以及轨道差异沉降步骤之后，还包括：将计算出的所述水平收敛、所述拱顶沉降以及所述轨道差异沉降在可视化终端上进行输出和显示。
[0016]一种运营轨道交通隧道全域相对变形的监测系统，包括快速安装装置、基准标靶、轨道移动小车、三维激光扫描仪、遥控器和移动终端，其中：所述快速安装装置用于在隧道内的两侧布设所述基准标靶；所述基准标靶布设在运营区间隧道边墙表面，隧道内侧任意两个对称的基准标靶的中心点连线作为提取对应里程监测断面的基准线；所述轨道移动小车上搭载所述三维激光扫描仪，并用于在隧道中带动所述三维激光扫描仪进行运动；所述三维激光扫描仪用于，采集隧道结构的点云数据；所述遥控器与所述轨道移动小车之间采用无线连接，所述遥控器用于控制所述轨道移动小车的运动速度；所述移动终端与所述三维激光扫描仪之间采用无线连接，所述移动终端控制所述三维激光扫描仪的采样率，并接收、存储和识别所述三维激光扫描仪采样的点云数据。
[0017]在其中一个实施例中，所述快速安装装置内设有封装盒，所述封装盒内包括激光器和镂空钢架，所述镂空钢架的纵向上设有可活动的弹簧卡扣，所述激光器通过所述弹簧卡扣安装在所述镂空钢架上。
[0018]由上述技术方案可知，本专利技术的有益技术效果如下：
[0019]1.利用三维激光扫描技术对运营轨道隧道进行三维全景监测，弥补了基于全自动全站仪的传统监测方法无法全面获取结构整体的变形情况，得到了监测区段的三维点云数
据，并以对称的基准标靶的中心连线作为断面基准线，从点云数据中获取了地铁隧道结构的断面相对变形、收敛变形、管片错台以及轨距变形情况，很好地解决了传统的人工监测手段效率低、人工费高、工序复杂的问题。
[0020]2.采用两相邻基准断面固定步长提取方式，获取任意里程断面位置的相对变形监测数据，可解算获得厘米级里程断面的水平收敛、拱顶沉降、轨面差异沉降值，实现轨道隧道全时域的变形情况。
[0021]3.本专利技术通过在运营轨道隧道布设扫描基准标靶，以三维激光扫描技术、信息采集技术、数据处理技术以及计算机技术等为基础，实现对运营轨道隧道结构状况进行高效的、无损的、长期的安全监测，以此掌握其结构性能的变化，对提高轨道交通地下结构的运营效率，保障人民生命财产安全具有极其重要的意义。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种运营轨道交通隧道全域相对变形的监测方法，其特征在于，包括：采用快速安装装置在隧道内两侧对称的布设用于扫描的基准标靶，并使所述基准标靶中心点位于同一监测断面内；采用搭载在轨道移动小车上的三维激光扫描仪进行点云采样，得到点云数据；以对称的所述基准标靶的中心连线作为断面基准线，根据所述点云数据计算隧道断面的相对变形，所述相对变形包括水平收敛、拱顶沉降以及轨道差异沉降。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用搭载在轨道移动小车上的三维激光扫描仪进行点云采样，得到点云数据步骤之前，还包括：采用遥控器控制所述轨道移动小车的移动，并采用移动终端控制三维激光扫描仪的点云采样的频率。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用搭载在轨道移动小车上的三维激光扫描仪进行点云采样，得到点云数据步骤之后，还包括：以对称的所述基准标靶的中心连线作为隧道断面的基准线，任意选择一个断面作为目标断面；获取与所述目标断面相邻的前后断面的位置为基准，预设1/N基准的断面间距为步长，从而获得目标断面的相对位置，所述步长大于单侧相邻两个基准标靶的间距；根据所述目标断面的前后点云获取任意断面的相对位置处的相对形变监测数据。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用搭载在轨道移动小车上的三维激光扫描仪进行点云采样，得到点云数据步骤之后，还包括：所述移动终端接收并存储所述三维激光扫描仪采集的点云数据。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述移动终端接收并存储所述三维激光扫描仪采集的点云数据步骤之后，还包括：所述移动终端对所述点云数据进行识别，当识别到异常的点云数据时，控制所述三维激光扫描仪对所述异常的点云数据进行重新采集。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用搭载在轨道移动小车上的三维激光扫描仪进行点云采样，得到点云数据步骤之后，还包括：对所述点云数据进行去噪处理，得到目标点云数据；根据所述目标点云数据建立隧道的三维模型；基于所述三维模型，进行断面点云切片处理；基于切片后的点云数据计算隧道断面的相对变形...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明权，石勇，胡波，陈玉，欧阳明明，祝小龙，侯亚彬，王满，田海浪，周鹏，朱波，刘春林，
申请(专利权)人：重庆市勘测院重庆市地图编制中心，
类型：发明
国别省市：