本发明专利技术公开了一种隧道病害在三维实景模型中的定位方法，所述定位方法包括以下步骤：通过隧道平面设计图获取隧道中心线矢量数据；根据所述隧道中心线矢量数据，计算组成隧道的每个衬砌环的中心点坐标；在病害集合点和其所在衬砌环的中心点间构建几何图形，通过病害角度值θ、衬砌环尺寸和中心点坐标，计算病害高度值H和病害集合点坐标，由病害高度值H和病害集合点坐标组成病害集合点三维坐标；根据病害集合点三维坐标，将病害集合点在隧道三维实景模型中定位显示。还公开了执行上述定位方法的装置和存储介质。使用该定位方法，能将不同衬砌环上的病害数据实时在隧道三维模型中可视化定位显示，实现隧道运营的高效化、智能化，降低运营成本。降低运营成本。降低运营成本。
【技术实现步骤摘要】
隧道病害在三维实景模型中的定位方法、装置和存储介质
[0001]本专利技术涉及三维坐标计算领域，尤其涉及一种隧道病害在三维实景模型中的定位方法、装置和存储介质。
技术介绍
[0002]在地铁隧道的运营阶段，通常会出现各种病害问题，比如渗漏、裂缝、形变、错台等。这些病害让地铁系统面临着严重的安全隐患。为了减少地铁隧道病害对地铁系统的影响，需要进行定期的检查、维护和修复工作。
[0003]近年来，BIM技术在中国轨道交通行业开始得到应用，同时，对地铁隧道病害的运营和运维工作也相应产生了积极影响，通过构建隧道三维模型，能够对病害进行可视化管理及自动化诊断和预测，大大提高了运营效率。
[0004]将隧道病害数据在隧道三维模型中可视化展示，现有的技术通常有两种，第一种是人工标定法，需要借助标定工具进行标定。一般步骤为：打开加载已构建好的隧道三维模型；选择合适的标定工具，并使用标定工具中的旋转工具或者角度工具对带有角度值的隧道病害数据进行旋转或角度标定；完成标定后，需要对数据进行验证和审查，确保标定数据与三维模型正确关联；最后，需要将标定后的相关信息记录下来，包括病害的位置、角度等信息。此方法存在效率低、成本高、准确率低的问题。第二种是通过三维激光扫描技术得到隧道点云数据，提取病害数据并获取其点云坐标，再将点云坐标转换到BIM模型中的坐标系，并在BIM模型中展示。如在中国专利技术申请CN116164704A中公开了一种隧道病害实时检测预警系统。其公开了通过数据采集模块采集隧道内的激光点云数据和隧道内砌高清图像数据；通过数据分析处理模块根据点云数据和图像数据检测隧道内是否存在关键病害；通过空间位置解算模块解算隧道内各端面关键病害的空间位置和数据采集模块在隧道内的采集轨迹；通过可视化交互及预警模块经关键病害检测结果进行实时统计，根据空间位置将统计信息打印至隧道三维模型对应的衬砌表面，进行隧道内部环境三维展示，并对关键病害检测结果进行远程实时预警。此种方法依赖三维激光扫描，成本高。
技术实现思路
[0005]为了克服现有技术中的缺陷，本专利技术实施例提供了一种隧道病害在三维实景模型中的定位方法、装置和存储介质，通过使用该定位方法，能够将不同衬砌环上的病害数据实时在隧道三维模型中可视化定位显示，实现隧道病害运营的高效化、智能化，降低运营成本。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：第一方面，一种隧道病害在三维实景模型中的定位方法，所述定位方法包括以下步骤：通过隧道平面设计图获取隧道中心线矢量数据；根据所述隧道中心线矢量数据，计算组成隧道的每个衬砌环的中心点坐标
；在病害集合点和其所在衬砌环的中心点间构建几何图形，通过病害角度值θ、已知的衬砌环尺寸和中心点坐标，利用几何关系计算病害高度值H和病害集合点坐标，由病害高度值H和病害集合点坐标组成病害集合点三维坐标；其中，所述病害集合点位于其所在衬砌环经中心点的中心横截面上，所述病害集合点代表其所在衬砌环上垂直中心横截面且经该病害集合点的直线上的所有病害点；所述病害角度值θ为基准线按预设方向旋转至和病害线相重合时的旋转角度，所述病害角度值θ的范围为0
°
～360
°
。所述基准线为经中心点且垂直轨顶面的直线，所述病害线为病害集合点与中心点连线；所述病害高度值H为病害集合点与轨顶面间的距离；根据病害集合点三维坐标，将病害集合点在隧道三维实景模型中定位显示。
[0007]本申请中定位方法适用于圆形盾构隧道。本申请通过简单计算，可将不同来源的隧道病害数据实时在隧道三维实景模型中定位显示，工作人员可由此快速获取病害区域，实现隧道病害运营的高效化、智能化。与人工标定相比，提高了效率和准确率。与通过三维激光扫描技术得到隧道点云数据相比，降低了成本。
[0008]所述病害集合点位于其所在衬砌环经中心点的中心横截面上。所述病害集合点代表其所在衬砌环上垂直中心横截面且经该病害集合点的直线上的所有病害点。在三维实景模型中定位病害集合点，由此，工作人员可快速获知病害点在衬砌环上的大致位置，可快速确定需要进一步检测区域。
[0009]在实际使用中，如需对病害点进行精确定位，可通过病害点实际所在的横截面，根据中心线矢量数据求出横截面中心点坐标，进一步根据几何关系确定病害点的实际三维坐标。在本申请的基础上，本领域技术人员作出相应调整，求得实际三维坐标是容易想到的。
[0010]进一步地，病害高度值H的计算步骤包括：经中心点且垂直轨顶面设置基准线，将病害集合点与中心点相连形成病害线，经病害集合点且垂直基准线绘制直线，构建形成直角三角形；经人工检测或激光扫描获取病害角度值θ，利用三角函数计算病害高度值H；当0
°
≤θ＜90
°
或270
°
＜θ≤360
°
时，；当90
°
≤θ≤270
°
时,；其中，r为衬砌环半径，W为轨顶面宽度，θ为基准线按预设旋转方向旋转至和病害线相重合时的旋转角度。所述预设旋转方向可以是顺时针旋转方向或逆时针旋转方向。对于每一衬砌环其衬砌环半径r和轨顶面宽度W在隧道设计阶段均已确定，为已知常数。
[0011]除可计算病害高度值外，还可根据三角函数计算病害水平值L，所述病害水平值为病害集合点与基准线之间的距离，病害水平值。
[0012]进一步地，病害集合点坐标的计算步骤包括：根据病害点两侧相邻衬砌环的中心点坐标、计算病害点所
在的衬砌环的衬砌环线段斜率，；根据衬砌环线段斜率，计算病害点与中心点连线的病害线斜率，；由衬砌环线段斜率与病害线斜率，计算得到，其中，；将病害点与中心点正投影至水平面，以病害点与中心点间的水平距离L为半径构建圆形，根据圆的标准方程得，其中；利用病害线斜率对进行变换，得，其中，，，；由此得到第一预选集合点和第二预选集合点；根据预选集合点与中心点间的方位角和病害角度值θ，在第一预选集合点和第二预选集合点中确定其中之一为病害集合点坐标。
[0013]进一步地，根据预选集合点与中心点间的方位角和病害角度值θ，在第一预选集合点和第二预选集合点中确定其中之一为病害集合点坐标，包括：计算第一预选集合点和中心点间的第一方位角；计算第二预选集合点和中心点间的第二方位角；比较第一方位角和第二方位角的大小，若第一方位角≤第二方位角，且0
°
≤θ≤180
°
，则第一预选集合点为病害集合点坐标，否则第二预选集合点为病害集合点坐标；若第一方位角≥第二方位角，且180
°
＜θ≤360
°
，则第一预选集合点为病害集合点坐标，否则第二预选集合点为病害集合点坐标。
[0014]进一步地，所述通过隧道平面设计图获取隧道中心线矢量数据，包括：将隧道平面设计图经AutoCAD提取出隧道中心线数据；将CAD格式的隧道中心线数据转换为隧道中心线矢量数据。
[0015]进一步地，根据所述隧道中心线矢量数据，计算组成隧道的每个衬砌本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种隧道病害在三维实景模型中的定位方法，其特征在于，所述定位方法包括以下步骤：通过隧道平面设计图获取隧道中心线矢量数据；根据所述隧道中心线矢量数据，计算组成隧道的每个衬砌环的中心点坐标 ；在病害集合点和其所在衬砌环的中心点间构建几何图形，通过病害角度值θ、中心点坐标和已知的衬砌环尺寸，利用几何关系计算病害高度值H和病害集合点坐标，由病害高度值H和病害集合点坐标组成病害集合点三维坐标；其中，所述病害集合点位于其所在衬砌环经中心点的中心横截面上，所述病害集合点代表其所在衬砌环上垂直中心横截面且经该病害集合点的直线上的所有病害点；所述病害角度值θ为基准线按预设方向旋转至和病害线相重合时的旋转角度，所述基准线为经中心点且垂直轨顶面的直线，所述病害线为病害集合点与中心点连线；所述病害高度值H为病害集合点与轨顶面间的距离；根据病害集合点三维坐标，将病害集合点在隧道三维实景模型中定位显示。2.根据权利要求1所述的隧道病害在三维实景模型中的定位方法，其特征在于，病害高度值H的计算步骤包括：经中心点且垂直轨顶面设置基准线，将病害集合点与中心点相连形成病害线，经病害集合点且垂直基准线绘制直线，构建直角三角形；经人工检测或激光扫描获取病害角度值θ，利用三角函数计算病害高度值H；当0
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≤θ＜90
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或270
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＜θ≤360
°
时，；当90
°
≤θ≤270
°
时,；其中，r为衬砌环半径，W为轨顶面宽度，θ为基准线按预设旋转方向旋转至和病害线相重合时的旋转角度。3.根据权利要求1所述的隧道病害在三维实景模型中的定位方法，其特征在于，病害集合点坐标的计算步骤包括：根据病害点两侧相邻衬砌环的中心点坐标、计算病害点所在的衬砌环的衬砌环线段斜率，；根据衬砌环线段斜率，计算病害点与中心点连线的病害线斜率， ；由衬砌环线段斜率与病害线斜率，计算得到，其中，；
将病害点与中心点正投影至水平面，以病害点与中心点间的水平距离L为半径构建圆形，根据圆的标准方程得，其中；利用病害线斜率对进行变换，得，其中，，，；由此得到第一预选集合点和第二预选集合点；根据预选集合点与中心点间的方位角和病害角度值θ，在第一预选集合点和第二预选集合点中确定其中之一为病害集合点坐标...
【专利技术属性】
技术研发人员：金樱艳，刘秀，杨亚宁，
申请(专利权)人：苏州工业园区测绘地理信息有限公司，
类型：发明
国别省市：
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