【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道施工，具体而言，涉及一种基于3d激光扫描的隧道混凝土喷射控制方法及系统。
技术介绍
1、近年来，全站仪在隧道施工中得到了广泛应用，已成为目前隧道施工中应用最普遍的扫描仪器。但全站仪存在单点测量、以点代面的局限性，因而在监测效率和监测质量方面存在明显的技术瓶颈，例如，在挪威法施工的隧道中，由于爆破面和喷混面凹凸不平，利用全站仪进行断面扫描时很难全面反映断面的几何与变形特征。
2、此外，在目前的隧道支护工艺中，需要向隧道内壁相应位置喷射混凝土，而在施工实践中，这一工作主要通过工人手持混凝土喷枪，凭经验调整喷嘴的喷射方向朝向待喷区域，以完成混凝土喷射。这种方式通过工人肉眼观察待喷区域，受人为经验影响较大，自动化程度较低。
技术实现思路
1、本专利技术解决的问题是如何获得更好的隧道扫描结果以及如何提高混凝土喷射施工的自动化程度。
2、本专利技术提出一种基于3d激光扫描的隧道混凝土喷射控制方法，应用于隧道混凝土喷射控制系统，所述隧道混凝土喷射控制系统包括3d激光扫描仪、数据处理设备和混凝土喷嘴控制设备，所述混凝土喷嘴控制设备包括喷嘴控制装置和支撑支架，所述支撑支架用于与混凝土喷射机的喷嘴连接，所述喷嘴控制装置用于控制所述支撑支架移动，所述数据处理设备分别与所述3d激光扫描仪和所述喷嘴控制装置电连接；所述基于3d激光扫描的隧道混凝土喷射控制方法包括：
3、获取所述3d激光扫描仪采集的初始点云数据；
4、根据所述初始点云数据生成目
5、根据所述喷嘴的待机位置数据和所述目标待喷区域的初始位置数据，生成第一控制信号，并发送至所述喷嘴控制装置，以控制所述支撑支架带动所述喷嘴移动，执行混凝土初喷操作。
6、可选地，所述根据所述喷嘴的待机位置数据和所述目标待喷区域的初始位置数据，生成第一控制信号，并发送至所述喷嘴控制装置，以控制所述支撑支架带动所述喷嘴移动，执行混凝土初喷操作之后，还包括以下步骤：
7、获取所述3d激光扫描仪采集的初喷点云数据；
8、根据所述初喷点云数据生成所述目标待喷区域的初喷位置数据；
9、根据所述目标待喷区域的初始位置数据和所述初喷位置数据，生成实际初喷厚度数据；
10、根据所述实际初喷厚度数据，判断是否存在需要补喷的待补喷区域；
11、若是，则根据所述待补喷区域生成第二控制信号，并发送至所述喷嘴控制装置，以控制所述支撑支架带动所述喷嘴移动，执行混凝土补喷操作。
12、可选地，所述第一控制信号包括初始化信号；所述初始化信号的生成方式包括：
13、根据所述目标待喷区域的初始位置数据确定所述目标待喷区域的喷射起始位置，结合所述喷嘴的待机位置数据和所述喷射起始位置，确定所述喷嘴移动至所述喷射起始位置的移动路径；
14、根据所述喷嘴的移动路径生成相应的初始化信号。
15、可选地，所述第一控制信号还包括喷射控制信号；所述喷射控制信号的生成方式包括：
16、根据当前的方向模式和速度模式，确定移动方向信息和移动速度信息；
17、根据所述喷射起始位置、所述移动方向信息和所述目标待喷区域的初始位置数据，确定方向转换节点；
18、根据所述移动方向信息、所述移动速度信息和所述方向转换节点，生成所述喷射控制信号。
19、可选地，所述根据所述实际初喷厚度数据，判断是否存在需要补喷的待补喷区域包括：
20、将所述目标待喷区域分割成多个子区域，计算每个子区域的实际喷射厚度均值；
21、当存在实际喷射厚度均值小于预设厚度的子区域时，判定存在需要补喷的待补喷区域，其中，实际喷射厚度均值小于预设厚度的子区域为所述待补喷区域。
22、可选地，所述根据所述待补喷区域生成第二控制信号包括：
23、当所述待补喷区域仅有一个时，基于所述喷嘴的待机位置数据和所述待补喷区域的位置，计算所述喷嘴的移动路径并转换成相应的第二控制信号；
24、当待补喷区域有多个时，将所述喷嘴的待机位置数据以及各所述待补喷区域作为节点，采用最短路径算法计算从所述喷嘴的待机位置数据出发，经过所有节点的最短路径，再基于所述最短路径生成相应的第二控制信号。
25、可选地，所述控制所述支撑支架带动所述喷嘴移动，执行混凝土补喷操作之后，还包括：
26、获取所述3d激光扫描仪采集的补喷点云数据；
27、根据所述补喷点云数据生成所述目标待喷区域的补喷位置数据；
28、根据所述目标待喷区域的初始位置数据和所述补喷位置数据，生成总喷厚度数据；
29、根据所述目标待喷区域的初始位置数据和预设校准数据生成厚度限值；
30、基于所述总喷厚度数据和所述厚度限值，判断是否存在需凿除区域；
31、若是，则基于所述需凿除区域输出凿除提示。
32、可选地，所述基于所述总喷厚度数据和所述厚度限值，判断是否存在需凿除区域包括：
33、将所述目标待喷区域分割成多个子区域，计算每个子区域的总喷厚度均值；
34、当存在所述总喷厚度均值大于所述厚度限值的子区域时，判定存在需凿除区域。
35、本专利技术还提出一种数据处理设备，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的基于3d激光扫描的隧道混凝土喷射控制方法。
36、本专利技术还提出一种隧道混凝土喷射控制系统，包括3d激光扫描仪、混凝土喷嘴控制设备和如上所述的数据处理设备。
37、与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：
38、通过提出一种基于隧道混凝土喷射控制系统的隧道混凝土喷射控制方法，通过系统中的3d激光扫描仪采集隧道内的点云数据，可获得较为全面的隧道内点云，从而可全面反映隧道内目标待喷区域的几何特征；由数据处理设备获取隧道内的点云数据并分析生成目标待喷区域的初始位置数据和混凝土喷嘴的待机位置数据，再根据喷嘴的待机位置数据和目标待喷区域的初始位置数据，生成第一控制信号，发送给喷嘴控制装置，以控制支撑支架带动喷嘴移动，执行混凝土喷射操作，从而实现混凝土的自动喷射，减少人工参与，降低混凝土喷射对人为经验的依赖性，从而提高施工质量的可控性。
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1.一种基于3D激光扫描的隧道混凝土喷射控制方法，其特征在于，应用于隧道混凝土喷射控制系统，所述隧道混凝土喷射控制系统包括3D激光扫描仪、数据处理设备和混凝土喷嘴控制设备，所述混凝土喷嘴控制设备包括喷嘴控制装置和支撑支架，所述支撑支架用于与混凝土喷射机的喷嘴连接，所述喷嘴控制装置用于控制所述支撑支架移动，所述数据处理设备分别与所述3D激光扫描仪和所述喷嘴控制装置电连接；所述基于3D激光扫描的隧道混凝土喷射控制方法包括：
2.如权利要求1所述的基于3D激光扫描的隧道混凝土喷射控制方法，其特征在于，所述根据所述喷嘴的待机位置数据和所述目标待喷区域的初始位置数据，生成第一控制信号，并发送至所述喷嘴控制装置，以控制所述支撑支架带动所述喷嘴移动，执行混凝土初喷操作之后，还包括以下步骤：
3.如权利要求1或2所述的基于3D激光扫描的隧道混凝土喷射控制方法，其特征在于，所述第一控制信号包括初始化信号；所述初始化信号的生成方式包括：
4.如权利要求3所述的基于3D激光扫描的隧道混凝土喷射控制方法，其特征在于，所述第一控制信号还包括喷射控制信号；所述喷射控制信号
5.如权利要求2所述的基于3D激光扫描的隧道混凝土喷射控制方法，其特征在于，所述根据所述实际初喷厚度数据，判断是否存在需要补喷的待补喷区域包括：
6.如权利要求2所述的基于3D激光扫描的隧道混凝土喷射控制方法，其特征在于，所述根据所述待补喷区域生成第二控制信号包括：
7.如权利要求2所述的基于3D激光扫描的隧道混凝土喷射控制方法，其特征在于，所述控制所述支撑支架带动所述喷嘴移动，执行混凝土补喷操作之后，还包括：
8.如权利要求7所述的基于3D激光扫描的隧道混凝土喷射控制方法，其特征在于，所述基于所述总喷厚度数据和所述厚度限值，判断是否存在需凿除区域包括：
9.一种数据处理设备，其特征在于，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如权利要求1至8中任一项所述的基于3D激光扫描的隧道混凝土喷射控制方法。
10.一种隧道混凝土喷射控制系统，其特征在于，包括3D激光扫描仪、混凝土喷嘴控制设备和如权利要求9所述的数据处理设备。
...【技术特征摘要】
1.一种基于3d激光扫描的隧道混凝土喷射控制方法，其特征在于，应用于隧道混凝土喷射控制系统，所述隧道混凝土喷射控制系统包括3d激光扫描仪、数据处理设备和混凝土喷嘴控制设备，所述混凝土喷嘴控制设备包括喷嘴控制装置和支撑支架，所述支撑支架用于与混凝土喷射机的喷嘴连接，所述喷嘴控制装置用于控制所述支撑支架移动，所述数据处理设备分别与所述3d激光扫描仪和所述喷嘴控制装置电连接；所述基于3d激光扫描的隧道混凝土喷射控制方法包括：
2.如权利要求1所述的基于3d激光扫描的隧道混凝土喷射控制方法，其特征在于，所述根据所述喷嘴的待机位置数据和所述目标待喷区域的初始位置数据，生成第一控制信号，并发送至所述喷嘴控制装置，以控制所述支撑支架带动所述喷嘴移动，执行混凝土初喷操作之后，还包括以下步骤：
3.如权利要求1或2所述的基于3d激光扫描的隧道混凝土喷射控制方法，其特征在于，所述第一控制信号包括初始化信号；所述初始化信号的生成方式包括：
4.如权利要求3所述的基于3d激光扫描的隧道混凝土喷射控制方法，其特征在于，所述第一控制信号还包括喷射控制信号；所述喷...
【专利技术属性】
技术研发人员：王雷，刘大伟，汤铭，张健，樊淸峰，唐新权，李轶凡，黄韬睿，李白，沈佳勇，郑天立，石坤，陈中海，万超杰，李海龙，詹权，黄彬彬，王敬烨，
申请(专利权)人：中国铁建国际集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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