一种基于点云的单圆盾构地铁隧道横断面虚拟测量方法技术

本发明专利技术提供一种基于点云的单圆盾构地铁隧道横断面虚拟测量方法，自动生成剖面线、测量左右横距，为地铁隧道横断面测量提供重要手段。本发明专利技术是按照下述方式进行的：S1.根据起点里程、曲线要素和监测要求，确定线路中整桩和加桩横断面的里程，根据里程确定桩位所在的曲线类别和在曲线中的二维位置坐标，并作为横断面测量的监测点；S2.获取剖面点云；S3.对剖面点云去噪；S4.生成隧道剖面线；S5.测量隧道横距。本方法相对于传统的隧道横断面测量方法，能够极大地提高作业效率，并且相对于已有的基于点云的方法，能够准确、健壮可靠地生成隧道横断面测量结果。横断面测量结果。横断面测量结果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于点云的单圆盾构地铁隧道横断面虚拟测量方法


[0001]本专利技术属于地铁隧道测量方法，具体涉及一种单圆盾构地铁隧道横断面虚拟测量方法。

技术介绍

[0002]在地铁隧道施工、竣工和运营管理过程中，由于测量误差、水文地质条件、自身沉降等方面因素影响，隧道的空间位置与设计值会存在一定的偏差。为了保证线路铺轨及日常运营的正常进行，需要对隧道实际的空间位置进行定期测量，并将结果反馈给线路设计人员或运营方以决定是否进行线路调整，而进行这一测量的主要形式就是地铁隧道横断面测量。
[0003]地铁隧道横断面测量常用的方法有吊铅锤法、断面仪法、全站仪极坐标法、摄影测量法。吊铅锤法、断面仪法、全站仪极坐标法属于传统单点定位的方法，数据采样效率低、劳动强度大，只能反映局部的特征，很难进行高效、大范围检测，并且由于所测剖面点太过稀疏，不足以反应整体剖面变形情况；摄影测量的方法能够进行快速大规模定位，获得目标高分辨率表面模型。但是受隧道光照、遮挡、视角、特征重复或不明显等因素影响，容易误匹配，所生成的隧道表面模型质量不高。
[0004]地铁隧道剖面形状可分为矩形、马蹄形、圆形等，在地铁工程中，常见的就是通过盾构机获取的圆状地铁隧道。
[0005]本专利技术针对由盾构机获取的单圆盾构地铁隧道进行研究，提出一种基于点云的单圆盾构地铁隧道横断面虚拟测量方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于点云的单圆盾构地铁隧道横断面虚拟测量方法，通过轨道面中心线和地铁隧道点云数据，自动生成剖面线、测量左右横距，为地铁隧道横断面测量提供重要手段。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于点云的单圆盾构地铁隧道横断面虚拟测量方法,其特征在于是按照下述方式进行的：
[0008]S1.根据起点里程、曲线要素和监测要求，确定线路中整桩和加桩横断面的里程，根据里程确定桩位所在的曲线类别和在曲线中的二维位置坐标，并作为横断面测量的监测点；
[0009]S2.获取剖面点云；根据S1所确定横断面监测点在曲线中的位置和里程，在纵断面图中得到横断面监测点在曲线位置所对应的高程值，进而得到横断面监测点的三维空间坐标，相邻横断面监测点有序连接形成三维线段,对于某监测点c
i
，计算与相邻监测点c
i+1
的方向作为局部轴向dir
i
，并以监测点c
i
和局部轴线方向dir
i
确定监测点剖面所在的平面方程参数plane
i
,计算点云P＝{p
j
|0<j<n}中的点p
j
到plane
i
的距离d，设定阈值d
t
，当d<d
t
时，则将p
j
投影至plane
i
上，并作为监测点c
i
所对应剖面的剖面点；
[0010]S3.对剖面点云去噪；
[0011]S4.生成隧道剖面线；
[0012]S5.测量隧道横距。
[0013]优选的，S1中横断面的监测点位置的确定方式如下：
[0014]1.1确定主里程点；
[0015]1.2确定所在曲线段的类别，根据K
ZY
、K
ZH
、K
HY
和K
YH
和K
HZ
的里程，可以确定一个分段函数，根据该分段函数，可以确定任意一里程所对应的曲线类型
[0016][0017]其中：K为里程，K
ZH
是直线和圆曲之间的里程，K
HY
是缓和曲线和圆曲线的里程；K
YH
是圆曲线和缓和曲线的里程，K
HZ
是缓和曲线和直线曲线的里程；
[0018]1.3在曲线段类型确定的基础上，确定断面坐标。
[0019]优选的，S3中对剖面点云去噪是采用随机采样一致性法：随机抽取三个非共线采样点p1,p2,p3构建三角形Δp1p2p3，确定其外接圆模型M(o,r)作为假设模型，计算各点p
i
到圆M(o,r)的距离dM，若满足式(2)，则加入M(o,r)的一致集P
M
，以P
M
的数目作为M(o,r)的打分S
M
，以迭代的方式获得最优模型，
[0020][0021]式中，(a,b)为M(o,r)在圆心位置，th
d
为边界点作为圆模型一致集的允许误差。
[0022]优选的，S5中测量隧道行距是按照下述方式进行的：设定若干个相对于轨道面中心点的横距测量的高度，每一个高度都对应一个虚拟的水平线，因此剖面位置和方向所确立的铅锤面内，过其剖面中心，生成一条铅垂线，根据所要求的高度，确定铅锤面内垂直于该垂线的若干条水平线，对各水平线来，分别计算其与剖面轮廓线的交点，确定该交点到铅垂线的水平距离，并对铅垂线左右两侧分别计算，得到dL和dR，从而实现隧道断面测量
[0023]本专利技术利用设计方提供的轨道面中心线和地铁隧道点云数据，以及根据地铁断面测量的规范要求，自动截取地铁隧道剖面点云数据，并在此基础上，对剖面点云数据进行滤波，剖面线自动生成和左右横距的自动测量。本方法相对于传统的隧道横断面测量方法，能够极大地提高作业效率，并且相对于已有的基于点云的方法，能够准确、健壮可靠地生成隧道横断面测量结果，是未来地铁隧道横断面测量的重要趋势之一。
附图说明
[0024]图1为地铁线路曲线示意图。
[0025]图2为圆曲线线路中各要素间几何关系示意图。
[0026]图3为带缓和曲线的圆曲线线路中各要素间几何关系示意图。
[0027]图4为地铁监测点剖面。
[0028]图5为切片剖面点截取示意图。
[0029]图6为剖面点投影图(含有噪声的剖面点云数据)。
[0030]图7为剖面内的铅垂线和横距(竖直为铅垂线、水平为左右横距)。
[0031]图8某地铁扫描点云数据效果图。
[0032]图9为滤波后的剖面点云数据。
[0033]图10为三角网构建方法中隧道剖面线生成图。
[0034]图11为隧道剖面线生成图。
[0035]图12为输出CAD中隧道剖面线生成图。
[0036]图13为某单圆盾构地铁剖面线生成效果。
[0037]图14为某单圆盾构地铁剖面横距测量线生成效果。
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0039]地铁工程属于线路工程，一般由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于点云的单圆盾构地铁隧道横断面虚拟测量方法,其特征在于是按照下述方式进行的：S1.根据起点里程、曲线要素和监测要求，确定线路中整桩和加桩横断面的里程，根据里程确定桩位所在的曲线类别和在曲线中的二维位置坐标，并作为横断面测量的监测点；S2.获取剖面点云；根据S1所确定横断面监测点在曲线中的位置和里程，在纵断面图中得到横断面监测点在曲线位置所对应的高程值，进而得到横断面监测点的三维空间坐标，相邻横断面监测点有序连接形成三维线段,对于某监测点c
i
，计算与相邻监测点c
i+1
的方向作为局部轴向dir
i
，并以监测点c
i
和局部轴线方向dir
i
确定监测点剖面所在的平面方程参数plane
i
,计算点云P＝{p
j
|0<j<n}中的点p
j
到plane
i
的距离d，设定阈值d
t
，当d<d
t
时，则将p
j
投影至plane
i
上，并作为监测点c
i
所对应剖面的剖面点；S3.对剖面点云去噪；S4.生成隧道剖面线；S5.测量隧道横距。2.根据权利要求1所述的基于点云的单圆盾构地铁隧道横断面虚拟测量方法,其特征在于S1中横断面的监测点位置的确定方式如下：1.1确定主里程点；1.2确定所在曲线段的类别，根据K
ZY
、K
ZH
、K
HY
和K

【专利技术属性】
技术研发人员：石宏斌，王柏涵，韩杰，钱跃磊，武静，关小果，
申请(专利权)人：许昌学院，
类型：发明
国别省市：