基于三维激光扫描的隧道监控方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三维激光扫描的隧道监控方法，包括以下步骤：a、扫描得到隧道的三维点云数据；b、将三维点云数据进行去噪、拼接处理，得到隧道的整体点云数据；c、设置监控测量断面和监测点，以监测点为中心，提取一定范围的点云数据进行正态分布拟合，计算得到断面的拱顶沉降值和周边收敛值；d、根据隧道监控规范确定隧道拱顶沉降和周边收敛预警阈值，当步骤c得到的拱顶沉降值或周边收敛值超过拱顶沉降或周边收敛预警阈值时进行自动报警；e、每间隔一段时间重复步骤a到步骤d。本发明专利技术基于三维激光扫描，实现了对隧道拱顶沉降和周边收敛的监控以及隧道侵限分析及二衬厚度评估，提高了监控的工作效率及范围。

Tunnel monitoring method based on three dimensional laser scanning

The invention discloses a tunnel monitoring method based on 3D laser scanning, which comprises the following steps: 3D point cloud data a, scanning tunnel; B, the 3D point cloud data denoising, mosaic processing, the whole point cloud data of the tunnel; C, set off surface monitoring and measuring and monitoring points to the monitoring points as the center, the normal distribution fitting of point cloud data extraction in a certain range, the calculated cross section of the vault settlement value and the surrounding convergence value; D, determined according to the tunnel vault settlement and convergence of surrounding tunnel monitoring and warning threshold standard, when the step C to vault settlement value or the convergence value exceeds the vault settlement or surrounding when the automatic alarm warning convergence threshold; repeat steps e, every time a to step D. Based on three-dimensional laser scanning, the invention realizes monitoring and controlling of tunnel vault settlement and surrounding convergence, tunnel penetration analysis and two lining thickness evaluation, thereby improving monitoring efficiency and range.

【技术实现步骤摘要】
基于三维激光扫描的隧道监控方法
本专利技术涉及隧道监控领域。更具体地说，本专利技术涉及一种基于三维激光扫描的隧道监控方法。
技术介绍
隧道监控量测是隧道工程必不可少的环节，是保证隧道工程安全的重要手段。传统的监控量测是对部分隧道断面的点进行监测，存在效率低、数据量少、工作量大、成本高等缺点，且需提前埋设监控点，这些监控点由于施工等原因可能遭到破坏，从而导致数据无法采集或数据不确定。三维激光扫描采用激光测距的方式获取隧道的三维坐标，与传统的全站仪相比，无需提前埋设反射片，具有高密度、高精度、数字化、扫描速度快、无需自然光、数据量大，获得隧道的整体点云数据，从而可获得隧道三维整体变形情况。因此将三维激光扫描技术应用于隧道监控，具有良好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供一种基于三维激光扫描的隧道监控方法，通过将三维扫描数据与设计断面进行对比，分析拱顶沉降情况，得到拱顶沉降值和周边收敛值，并根据经验数据设置隧道拱顶沉降和周边收敛预警阈值，即实现了拱顶沉降值和周边收敛的报警，也直观的展示了隧道的拱顶沉降和周边收敛情况；同时通过将扫描数据与设计断面进行对比，分析断面侵限情况，得到侵限值，同时对初支扫描数据与二衬扫描数据进行对比，评估二衬厚度是否达标，并绘制各侵限分析断面的二维侵限分析断面图和各二衬厚度分析断面的二维二衬厚度断面图，实现了隧道侵限和二衬厚度的直观展示。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供一种基于三维激光扫描的隧道监控方法，包括以下步骤：a、采用三维激光扫描仪对隧道初支监控区段进行扫描，得到隧道初支监控区段的三维点云数据；b、将步骤a得到的三维点云数据进行去噪处理后，对去噪后的点云数据进行拼接处理，得到隧道初支监控区段的整体点云数据；c、根据隧道围岩等级和现场施工方案设置多个里程不同的监控测量断面，并在各监控测量断面上设置多个监测点，然后根据隧道设计的平曲线和竖曲线找到各监控测量断面在步骤b得到的整体点云数据中的对应位置，即得到各监测点在整体点云数据中所在的位置，进而从整体点云数据中以监测点为中心，提取一定范围的点云数据，对提取的点云数据进行正态分布拟合，计算得到各断面的拱顶沉降值和周边收敛值；d、根据隧道监控规范确定隧道拱顶沉降和周边收敛预警阈值，当步骤c得到的拱顶沉降值或周边收敛值超过拱顶沉降或周边收敛预警阈值时进行自动报警；e、每间隔一段时间重复步骤a到步骤d，即实现对隧道的拱顶沉降和周边收敛的监控。优选的是，所述的基于三维激光扫描的隧道监控方法中，步骤c中的监测点包括：至少一个拱顶沉降监测点和至少一对周边收敛监测点，其中同一对周边收敛监测点对称分布。优选的是，所述的基于三维激光扫描的隧道监控方法中，所述报警信息包括报警时间、报警点所在位置和超过预警阈值的报警值。优选的是，所述的基于三维激光扫描的隧道监控方法中，所述步骤c之后还包括以下步骤：f、统计每一次得到的拱顶沉降值和周边收敛值，生成各监测点的拱顶沉降值-时间曲线或周边收敛值-时间曲线，用于了解拱顶和周边的变形趋势。优选的是，所述的基于三维激光扫描的隧道监控方法中，还包括：g、对隧道二衬区段重复步骤a到步骤b，得到隧道二衬扫描区段的整体点云数据；h、根据现场需求设置多个里程不同的初支侵限分析断面，并在各初支侵限分析断面上设置多个初支侵限分析点，然后根据隧道设计的平曲线和竖曲线找到各初支侵限分析断面在步骤b得到的整体点云数据中的对应位置，从该整体点云数据中提取各初支侵限分析断面位置的点云切片，将该点云切片与与其对应的初支侵限分析断面在同一坐标系中进行套接比较，计算初支侵限分析断面上的初支侵限分析点到对应的点云切片的距离，得到的最近距离即为该初支侵限分析点的初支侵限值；i、在各初支侵限分析断面的位置处对应设置一个二衬侵限分析断面，且一一对应，并在各二衬侵限分析断面上设置多个二衬侵限分析点，然后根据隧道设计的平曲线和竖曲线找到各二衬侵限分析断面在步骤g得到的整体点云数据中的对应位置，从该整体点云数据中提取各二衬侵限分析断面位置的点云切片，将该点云切片与与其对应的二衬侵限分析断面在同一坐标系中进行套接比较，计算二衬侵限分析断面上的二衬侵限分析点到对应的点云切片的距离，得到的最近距离即为该二衬侵限分析点的二衬侵限值；j、根据步骤h得到的各初支侵限分析点的初支侵限值和步骤i得到的各二衬侵限分析点的二衬侵限值，绘制各侵限分析断面的二维侵限断面图。优选的是，所述的基于三维激光扫描的隧道监控方法中，还包括：k、根据现场需求设置多个里程不同的二衬厚度分析断面，在各二衬厚度分析断面的二衬位置上设置多个二衬厚度分析点，并从步骤b得到的整体点云数据中提取与二衬厚度分析断面对应的初支位置的点云切片，从步骤g得到的整体点云数据中提取与二衬厚度分析断面对应的二衬位置的点云切片,并将提取的初支位置的点云切片和二衬位置的点云切片在在同一坐标系中进行套接比较，得到各二衬厚度分析点在初支位置的点云切片中对应的点和在二衬位置的点云切片中对应的点，并计算两点之间的距离，得到的两点之间的距离即为该二衬厚度分析点的二衬厚度，然后绘制各二衬厚度分析断面的二维二衬厚度断面图。本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术通过将前后期三维扫描数据进行对比，分析拱顶沉降情况，得到拱顶沉降值和周边收敛值，并根据经验数据设置隧道拱顶沉降和周边收敛预警阈值，即实现了拱顶沉降值和周边收敛的报警，也直观的展示了隧道的拱顶沉降和周边收敛情况。本专利技术通过将扫描数据与设计断面进行对比，分析断面侵限情况，得到侵限值，同时对初支扫描数据与二衬扫描数据进行对比，评估二衬厚度是否达标，并绘制各侵限分析断面的二维侵限断面图和各二衬厚度分析断面的二维二衬厚度断面图，实现了隧道侵限和二衬厚度的直观展示。本专利技术采用以往隧道监测数据的累计变形的理论极限值作为样本数据预测拟建隧道拱顶沉降和周边收敛预警阈值，在后续隧道建设中，采用该阈值作为确定累计变形预警标准的参考值。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为本专利技术所述的基于三维激光扫描的隧道监控方法的流程图；图2为本专利技术所述的使用基于三维激光扫描的隧道监控方法的隧道监控平台的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。<实施例1>如图1所示，本专利技术提供一种基于三维激光扫描的隧道监控方法，包括以下步骤：a、采用三维激光扫描仪对隧道初支监控区段进行扫描，得到隧道初支监控区段的三维点云数据；b、将步骤a得到的三维点云数据进行去噪处理后，对去噪后的点云数据进行拼接处理，得到隧道初支监控区段的整体点云数据；c、根据隧道围岩等级和现场施工方案设置多个里程不同的监控测量断面，并在各监控测量断面上设置多个监测点，然后根据隧道设计的平曲线和竖曲线找到各监控测量断面在步骤b得到的整体点云数据中的对应位置，即得到各监测点在整体点云数据中所在的位置，进而从整体点云数据中以监测点为中心，提取一定范围的点云数据，对提取的点云数据进行正态分布拟合，计算得到各断面的拱顶沉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三维激光扫描的隧道监控方法，其特征在于，包括以下步骤：a、采用三维激光扫描仪对隧道初支监控区段进行扫描，得到隧道初支监控区段的三维点云数据；b、将步骤a得到的三维点云数据进行去噪处理后，对去噪后的点云数据进行拼接处理，得到隧道初支监控区段的整体点云数据；c、根据隧道围岩等级和现场施工方案设置多个里程不同的监控测量断面，并在各监控测量断面上设置多个监测点，然后根据隧道设计的平曲线和竖曲线找到各监控测量断面在步骤b得到的整体点云数据中的对应位置，即得到各监测点在整体点云数据中所在的位置，进而从整体点云数据中以监测点为中心，提取一定范围的点云数据，对提取的点云数据进行正态分布拟合，计算得到各断面的拱顶沉降值和周边收敛值；d、根据隧道监控规范确定隧道拱顶沉降和周边收敛预警阈值，当步骤c得到的拱顶沉降值或周边收敛值超过拱顶沉降或周边收敛预警阈值时进行自动报警；e、每间隔一段时间重复步骤a到步骤d，即实现对隧道的拱顶沉降和周边收敛的监控。

【技术特征摘要】
1.一种基于三维激光扫描的隧道监控方法，其特征在于，包括以下步骤：a、采用三维激光扫描仪对隧道初支监控区段进行扫描，得到隧道初支监控区段的三维点云数据；b、将步骤a得到的三维点云数据进行去噪处理后，对去噪后的点云数据进行拼接处理，得到隧道初支监控区段的整体点云数据；c、根据隧道围岩等级和现场施工方案设置多个里程不同的监控测量断面，并在各监控测量断面上设置多个监测点，然后根据隧道设计的平曲线和竖曲线找到各监控测量断面在步骤b得到的整体点云数据中的对应位置，即得到各监测点在整体点云数据中所在的位置，进而从整体点云数据中以监测点为中心，提取一定范围的点云数据，对提取的点云数据进行正态分布拟合，计算得到各断面的拱顶沉降值和周边收敛值；d、根据隧道监控规范确定隧道拱顶沉降和周边收敛预警阈值，当步骤c得到的拱顶沉降值或周边收敛值超过拱顶沉降或周边收敛预警阈值时进行自动报警；e、每间隔一段时间重复步骤a到步骤d，即实现对隧道的拱顶沉降和周边收敛的监控。2.如权利要求1所述的基于三维激光扫描的隧道监控方法，其特征在于，步骤c中的监测点包括：至少一个拱顶沉降监测点和至少一对周边收敛监测点，其中同一对周边收敛监测点对称分布。3.如权利要求2所述的基于三维激光扫描的隧道监控方法，其特征在于，所述报警信息包括报警时间、报警点所在位置和超过预警阈值的报警值。4.如权利要求3所述的基于三维激光扫描的隧道监控方法，其特征在于，所述步骤c之后还包括以下步骤：f、统计每一次得到的拱顶沉降值和周边收敛值，生成各监测点的拱顶沉降值-时间曲线或周边收敛值-时间曲线，用于了解拱顶和周边的变形趋势。5.如权利要求4所述的基于三维激光扫描的隧道监控方法，其特征在于，还包括：g、对隧道二衬区段重复步骤a到步骤b，得到隧道二衬扫描区段的整体点云数据；h、根据现场需求设置多个里程不同的初支侵限分析断面...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永涛，陈培帅，杨钊，冯德定，江鸿，
申请(专利权)人：中交第二航务工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42