一种基于三维激光扫描的隧道检测系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及隧道检测技术领域，特别涉及一种基于三维激光扫描的隧道检测系统和方法，S1，隧道点云获取；S2，单站点云坐标更改；S3，隧道三维中轴线提取；S4，隧道拱顶点云自动提取；S5，隧道横断面自动分割；S6，断面基准拟合；S7，隧道断面形变分析；S8，隧道拱顶形变全分析；S9，隧道同名断面多期对比。本发明专利技术采用的方案对交通的影响可忽略不计，同时有着很高效率。能适应绝大多数走势的公路隧道，且相较于传统的平面中线提取方法，能更好的适应有高程起伏的隧道情况。相较于传统隧道点云断面分割有着较高的效率。雷达图隧道形变更加直观。雷达图隧道形变更加直观。雷达图隧道形变更加直观。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维激光扫描的隧道检测系统和方法


[0001]本专利技术涉及隧道检测
，特别涉及一种基于三维激光扫描的隧道检测系统和方法。

技术介绍

[0002]我国国土陆地面积居世界第三，东西南北跨度都达到了5000KM之多。但是地势崎岖，山地丘陵占陆地面积67％，道路交通成为我国国民经济和社会发展的命脉，而隧道就是其中的重要节点。截至2020年底，仅公路隧道就达到了2万多座。隧道运营过程中，地质灾害、车辆行驶震动、自身老化等种种因素都会对隧道造成或多或少的损伤，当隧道损伤过大时就会存在安全隐患，严重时甚至出现坍方阻断交通，威胁人民生命和财产安全。目前大部分隧道检测还是利用人工搭建脚手架对隧道壁进行观察检测，效率低，对人员经验要求较高，判断结果较为主观，不够标准规范。因此很多隧道病害发现不够及时。随着科学技术日新月异，全站仪、三维激光扫描仪器等现代化仪器也越来越多的在本领域得到应用。
[0003]三维激光扫描在隧道检测领域应用的原理，本质上就是利用仪器对隧道进行扫描，对扫描数据进行一系列的处理，对比每次扫描的数据的差异，进行分析处理，最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维激光扫描的隧道检测系统，包括轨道(2)，其特征在于：所述轨道(2)固定连接在隧道中央顶部，轨道(2)上悬挂机器人底盘(1)，在机器人底盘(1)的底部挂在有三位激光扫描仪(3)。2.一种基于三维激光扫描的隧道检测方法，利用权利要求1所述的基于三维激光扫描的隧道检测系统，其特征在于，包括以下步骤：S1，隧道点云获取；S2，单站点云坐标更改；S3，隧道三维中轴线提取；S4，隧道拱顶点云自动提取；S5，隧道横断面自动分割；S6，断面基准拟合；S7，隧道断面形变分析；S8，隧道拱顶形变全分析；S9，隧道同名断面多期对比。3.根据权利要求2所述的基于三维激光扫描的隧道检测方法，其特征在于：所述S1具体为，机器人后台控制中心向机器人下达指令，指令信息通过无线信息传输系统下达到机器人控制系统，机器人进行运动并到达指定位置，此时机器人挂载的三维激光扫描仪开始工作，扫描隧道点云；扫描完成后将点云数据通过无限信息传输系统上传到机器人后台控制中心；所述S2具体为，引入车载激光扫描系统，其中车载扫描系统上搭载了惯导和GNSS的组合导航系统，能够在移动扫描过程中实时为点云赋予通用的大地坐标系的坐标，以得到连续可靠的隧道点云模型；为了将单站点云的坐标改正到移动车载点云上，需要在隧道内壁按照设计均匀的贴上控制点靶标，然后分别在移动车载点云和单站扫描点云中采集靶标的坐标信息，并作同名靶标控制点的匹配；使用同名控制点对计算四参数加高差补偿值组合的方案将单站扫描点云所在的独立坐标系改正到车载扫描系统的大地坐标系上，其中四参数分别为x轴的平移、y轴的平移、旋转、缩放。4.根据权利要求2所述的基于三维激光扫描的隧道检测方法，其特征在于：所述S3具体为，首先将隧道投影到水平和竖直两个平面，然后采用边界格网和角度双重约束提取隧道二维边界点,并对边界点进行迭代最小二乘拟合进而提取水平中线点和侧面中线点；然后将侧面中线点正射投影至水平中线点所在竖直曲面，得到三维中轴点；根据扫描线间隔，对去噪后的点云进行空间距离下采样，得到密度均匀的隧道点云；提取的三维中轴线将用于隧道拱顶自动分割、隧道单站点云数据分割、隧道横断面提取部分；具体流程如下：S31，采集隧道入口和出口的中间点云，计算两点的方向矢量，将该方向矢量旋转到平行于y轴，将计算得到的旋转矩阵用于旋转隧道；S32，将隧道点云向水平面和走向对应的竖直侧面二维投影，采用Alpha Shapes边界提取方法提取投影边界；S33，采用滑动窗口直线拟合，根据拟合直线与坐标轴的夹角，提取水平长边界点；S34，利用最邻近点云之间x坐标的差值是否大于阈值，提取竖直平面的长边界点；
S35，计算边界点连线中点作为二维中线点，采用迭代最小二乘拟合与曲线重采样，得到密集离散的二维中线点；S36，将侧面二维中线正射投影至水平中线所在的竖直曲面，得到三维中轴线。5.根据权利要求2所述的基于三维激光扫描的隧道检测方法，其特征在于：所述S4具体为：S41，遍历隧道三维中轴线，三维中轴线每前进相同的距离就作为一个微元处理单元，提取这一段微元单位中间中轴线点的法平面Ⅱ；S42，遍历隧道点云，若隧道点云到法平面Ⅱ的距离小于设计值则归入当前微元的切片点云；S43，遍历切片点云，当切片点云的高程与该微元的中心中轴线的高程差值大于阈值时，则将该点云归为拱顶点云，否则归为拱底点云；S44，沿中轴线前进方向继续按上述步骤提取拱顶和拱底，最后将所有提取的拱顶和拱底点云进行合并，得到该隧道的拱顶点云和拱底点云。6.根据权利要求2所述的基于三维激光扫描的隧道检测方法，其特征在于：所述S5具体为：S51，计算法向量，将三维中轴线分割为由三个相邻中轴点构成的微元，维中轴线任一点P
i
处的横断面法向量m
i
可由该点前后两个点P

【专利技术属性】
技术研发人员：王昊，李昌辉，郭洪，朱振祥，王育奎，王琳，段美栋，马庆雷，许思思，梁美君，董茂起，刘如飞，李泽宇，
申请(专利权)人：山东高速工程检测有限公司上海柔克智能科技有限公司山东科技大学，
类型：发明
国别省市：