【技术实现步骤摘要】
基于3D扫描技术的隧洞衬砌壁面粗糙度计算方法
[0001]本专利技术属于混凝土材料表面粗糙度测量
，具体地说是一种基于3D扫描技术的隧洞衬砌壁面粗糙度计算方法。
技术介绍
[0002]衬砌是指为防止围岩变形或坍塌，沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构。衬砌壁面粗糙度是计算隧洞壁面糙率，衡量衬砌与周边岩土或二次衬砌混凝土胶结面强度与密封程度的重要参数。研究高精度、高效率的隧洞衬砌壁面粗糙度测量与计算方法具有重要的工程价值和理论意义。
[0003]混凝土表面粗糙度的测量手段包括接触式和非接触式两种类型。接触式测量方法是对表面粗糙程度的一个直接测量，包括触针法、铺砂法、比较法、印模法等，该类方法操作简单直观，缺点是会对检测表面造成一定程度的损坏，另外还操作费力耗时。非接触式测量方法，大都涉及到光学仪器，如激光扫描法、光切法，全息法等，此类测量方法精度高，速度快，对待测面不产生损伤，但其测量设备购置成本高，操作复杂，当前主要用于实验室研究或大型、重要工程的测量，在中小型工程普及应用存在一定困难。>[0004]随着工本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于3D扫描技术的隧洞衬砌壁面粗糙度计算方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤1、选择3D扫描设备，在待测隧洞衬砌混凝土壁面标定扫描子面，为扫描子面划线标定并编号，确定扫描子面的数量和编号；步骤2、采集扫描子面的形貌特征数据；步骤3、基于GEOMAGIC STUDIO软件对点云数据预处理，包括数据读取、坐标对准、滤除噪声点，预处理完成后构建三维数字模型；步骤3
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1、数据读取：将3D扫描设备采集的点云数据传输至计算机，再通过GEOMAGIC STUDIO软件对数据进行读取；步骤3
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2、坐标对准：GEOMAGIC STUDIO软件采用中性面校准法对点云数据进行坐标对准处理；步骤3
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3、滤除噪声点：先通过人工删除孤立的点云数据，再通过软件中Reduce Noise命令自动过滤功能去除超过设定阈值的噪声点；步骤3
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4、采用多边形网格化构建三维数字模型，对生成的三维数字模型进行观察，并剔除模型表面具有孔洞的数据；步骤4、基于SUFER软件实现点云数据处理，并通过数值模型重构来检验点云数据处理及筛选的可靠性；步骤4
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1、插值方法确定：基于点云数据处理后误差最小原则，选择克里金插值法对预处理后的点云数据进行进一步处理；步骤4
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2、采样间距确定：采样间距选择与粗糙度计算经验公式当中所取的采样间距相同；步骤4
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3、数值模型重构：对处理后的点云数据进行重构，并与步骤3
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4中所生成的三维数字模型进行对比，观察模型表面起伏程度是否保持一致，若不一致则应当重新对点云数据进行处理；步骤5、隧洞衬砌壁面粗糙度计算：基于统计学方法，采用三维形貌特征参数并结合PYTHON程序对衬砌壁面粗糙度进行表征及计算；步骤5
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1、选取粗糙度计算经验公式，结合统计参数法，计算10条标准轮廓曲线的表面平均梯度模Z
2S
，采用回归分析方法对Z
2S
与JRC之间的关系进行拟合；步骤5
‑
2、运行程序分别计算每个扫描子面表面平均梯度模Z
2S
并得出粗糙度计算值JRC；其中，第i个扫描子面表面平均梯度模为Z
2Si
，粗糙度计算值为JRC
i
；步骤5
‑
3、计算衬砌壁面平均粗糙度公式为：式中：为衬砌壁面平均粗糙度；i为扫描子面编号；n为扫描子面数量。2.根据权利要求1所述的基于3D扫描技术的隧洞衬砌壁面粗糙度计算方法，其特征在于：步骤1中，根据洞内光源照度、光照角度、洞身尺寸选择3D扫描设备，包括主动式3D和被动式3D扫描设备，采用被动式3D扫描设备则需要额外布置人工光源进行补光。3.根据权利要求1所述的基于3D扫描技术的隧洞衬砌壁面粗糙度计算方法，其特征在于：步骤1中，待测隧洞衬砌壁面标定扫描子面的具体步骤为：
步骤1
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1、根据所选3D扫描设备的单面测量范围确定扫描子面大小A；步骤1
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2、根据待测隧洞衬砌混凝土壁面整体面积S确定扫描子面的数量n，当S≤10m2时，扫描子面数量n不少于且n≥5；当S＞10m2时，扫描子面数量n不少于步骤1
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3、对扫描子面从待测壁面左下角开始，按照从左到右，从下到上的顺序对扫描子面进行划线...
【专利技术属性】
技术研发人员：甘磊，徐嘉琪，许翼飞，汤杰，丁书成，徐磊，徐腾，沈雷，冯天逸，刘源，刘玉，徐超群，刘国豪，徐娓超，
申请(专利权)人：青岛市水利勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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