一种基于三维点云信息的隧道爆破质量评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三维点云信息的隧道爆破质量评估方法，包括获取爆破前隧道的三维点云数据，提取隧道中轴线信息，拟合得到爆破前的爆破区域三维模型；获取爆破后隧道的三维点云数据，并进行稀化和三角化处理，得到爆破后的爆破区域三维模型；对爆破前后的三维模型进行布尔运算，并将单纯形法应用到三维模型计算中，得到各个位置处的超欠挖数据信息；引入多理论模型的综合集成赋权法权重模型，对各个爆破指标进行定量化分析，得到隧道的爆破质量评估结果。本发明专利技术通过隧道点云数据建立爆破前后的隧道爆破区域的三维模型并进行对比，能够直观地展示各个位置处的超欠挖状态，以及全面、有效、客观和定量化地评估隧道的爆破质量。客观和定量化地评估隧道的爆破质量。客观和定量化地评估隧道的爆破质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维点云信息的隧道爆破质量评估方法


[0001]本专利技术涉及隧道爆破
，特别涉及一种基于三维点云信息的隧道爆破质量评估方法。

技术介绍

[0002]钻爆法目前在隧道施工中具有举足轻重的地位，在隧道爆破施工过程中不可避免地会遇到超欠挖问题。当出现超挖时，需要及时喷射纤维混凝土，较严重时不仅需要加工钢架，而且还要对其加设异形钢架并附加钢筋网片。当出现欠挖时，需要根据情况进行人工机械凿除或者是二次爆破。隧道的爆破质量对隧道施工进度、装填炸药经济性、工人施工任务量等方面均起着至关重要的作用，而综合、全面、客观的隧道爆破质量评估报告不仅仅是对本次爆破的深刻总结，也为下一次的隧道爆破提供了足够的数据支撑和方案选择。
[0003]现有技术的不足之处在于，在当前隧道爆破质量评估中，隧道的爆破质量通常是由现场施工人员的主观经验主导，而施工人员的定性分析既没有可靠的理论依据作为支撑，也没有相应的测量手段作为辅证，因此不可避免地会对隧道的爆破质量存在着认知偏差。此外，隧道爆破质量的评价指标与成果报告通常是以二维图展示，无法直观地展示隧道爆破围岩超挖体积、欠挖体积等随循环进尺变化的情况，无法及时反馈隧道的爆破质量。因此如何利用三维可视化模型展示隧道爆破前后的超欠挖信息以及采用一种定量化方法对隧道的爆破质量进行评估亟待开展。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的克服现有技术存在的不足，为实现以上目的，采用一种基于三维点云信息的隧道爆破质量评估方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]一种基于三维点云信息的隧道爆破质量评估方法，具体步骤包括：
[0006]获取爆破前隧道的衬砌面以及前方预支护段的三维点云数据，提取隧道中轴线，结合隧道中轴线的位置信息以及隧道设计轮廓线，拟合得到爆破前的爆破区域三维模型；
[0007]获取爆破后隧道的三维点云数据，并对三维点云数据进行稀化和三角化处理，得到爆破后的爆破区域三维模型；
[0008]对爆破前后的三维模型进行布尔运算，并将单纯形法应用到三维模型计算中，得到各个位置处的超欠挖数据信息；
[0009]引入多理论模型的综合集成赋权法权重模型，对各个爆破指标进行定量化分析，得到隧道的爆破质量评估结果。
[0010]作为本专利技术的进一步的方案：所述获取爆破前隧道的衬砌面以及前方预支护段的三维点云数据，提取隧道中轴线，结合隧道中轴线的位置信息以及隧道设计轮廓线，拟合得到爆破前的爆破区域三维模型的具体步骤包括：
[0011]首先爆破前通过三维扫描仪对当前的隧道断面进行扫描，得到当前隧道的衬砌面以及前方预支护段的三维点云数据；
[0012]根据三维点云数据，建立当前隧道的衬砌面的坐标系，根据坐标数据进行线性均值拟合得到当前隧道衬砌段对应的中轴线；
[0013]再根据中轴线的位置信息以及隧道设计轮廓线进行循环进尺和拉伸，得到爆破前的爆破区域三维模型。
[0014]作为本专利技术的进一步的方案：所述获取爆破后隧道的三维点云数据，并对三维点云数据进行稀化和三角化处理，得到爆破后的爆破区域三维模型的具体步骤包括：
[0015]将三维扫描仪置于爆破前相同的位置对爆破面进行扫描，得到三维点云数据；
[0016]读取三维点云数据中的点云坐标数据，设置原点位置以及更新递进的点云为参考点，删除距离参考点距离小于预设阈值R的点云进行稀化处理并保存；
[0017]对稀化处理后的三维点云数据，进行相邻的三个点云进行三角化，最终得到爆破后的爆破区域三维模型。
[0018]作为本专利技术的进一步的方案：所述对爆破前后的三维模型进行布尔运算，并将单纯形法应用到三维模型计算中，得到各个位置处的超欠挖数据信息的具体步骤包括：
[0019]根据得到的爆破前后的爆破区域三维模型进行布尔运算；
[0020]利用单纯形法获取各个模型的体心、表面积、体积以及外表面三角形单元的形心信息；
[0021]对超欠挖点进行定位，以及得到隧道超欠挖面积、超欠挖体积，以及平均超欠挖信息。
[0022]作为本专利技术的进一步的方案：所述引入多理论模型的综合集成赋权法权重模型，对各个爆破指标进行定量化分析，得到隧道的爆破质量评估结果的具体步骤包括：
[0023]首先获取评价指标，所述评价指标包括最大超挖、平均线性超挖、最大欠挖、两炮间台阶最大尺寸、超挖面积、量测断面面积、超挖率、超挖体积，以及炮眼利用率；
[0024]基于多理论模型，建立综合集成赋权法权重模型；
[0025]将爆破面的设计参数以及爆破前后的三维模型的布尔运算结果输入综合集成赋权法权重模型的爆破质量分数的求解公式，得到评估结果。
[0026]作为本专利技术的进一步的方案：所述爆破质量分数的求解公式为：
[0027][0028]其中，X
i
为评价指标权重系数，Y
i
为评价指标的评价分数。
[0029]与现有技术相比，本专利技术存在以下技术效果：
[0030]采用上述的技术方案，通过采集爆破前后隧道爆破区域的三维点云数据，进而得到爆破前后的三维模型，并将爆破前后的三维数据模型进行对比，能够直观地展示各个位置处的超欠挖状态。同时对三维模型进行布尔运算并通过单纯形法进行模型信息统计，最后利用引入的多理论模型的综合集成赋权法权重模型进行整合计算，得到最终评估结果，能够全面、有效、客观、定量化地评估隧道的爆破质量。
附图说明
[0031]下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述：
[0032]图1为本申请公开的一些实施例的隧道爆破质量评估方法的步骤示意图；
[0033]图2为本申请公开的一些实施例的隧道爆破质量三维可视化定量评估流程图；
[0034]图3为本申请公开的一些实施例的隧道爆破区域示意图。
具体实施方式
[0035]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。
[0036]请参考图1和图2，本专利技术实施例中，一种基于三维点云信息的隧道爆破质量评估方法，具体步骤包括：
[0037]步骤S1、获取爆破前隧道的衬砌面以及前方预支护段的三维点云数据，提取隧道中轴线，结合隧道中轴线的位置信息以及隧道设计轮廓线，拟合得到爆破前的爆破区域三维模型，具体步骤包括：
[0038]首先爆破前通过三维扫描仪对当前的隧道断面进行扫描，得到当前隧道的衬砌面以及前方预支护段的三维点云数据；
[0039]根据三维点云数据，建立当前隧道的衬砌面的坐标系，根据坐标数据进行线性均值拟合得到当前隧道衬砌段对应的中轴线；
[0040]再根据中轴线的位置信息以及隧道设计轮廓线进行循环进尺和拉伸，得到爆破前的爆破区域三维模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维点云信息的隧道爆破质量评估方法，其特征在于，具体步骤包括：获取爆破前隧道的衬砌面以及前方预支护段的三维点云数据，提取隧道中轴线，结合隧道中轴线的位置信息以及隧道设计轮廓线，拟合得到爆破前的爆破区域三维模型；获取爆破后隧道的三维点云数据，并对三维点云数据进行稀化和三角化处理，得到爆破后的爆破区域三维模型；对爆破前后的三维模型进行布尔运算，并将单纯形法应用到三维模型计算中，得到各个位置处的超欠挖数据信息；引入多理论模型的综合集成赋权法权重模型，对各个爆破指标进行定量化分析，得到隧道的爆破质量评估结果。2.根据权利要求1所述一种基于三维点云信息的隧道爆破质量评估方法，其特征在于，所述获取爆破前隧道的衬砌面以及前方预支护段的三维点云数据，提取隧道中轴线，结合隧道中轴线的位置信息以及隧道设计轮廓线，拟合得到爆破前的爆破区域三维模型的具体步骤包括：首先爆破前通过三维扫描仪对当前的隧道断面进行扫描，得到当前隧道的衬砌面以及前方预支护段的三维点云数据；根据三维点云数据，建立当前隧道的衬砌面的坐标系，根据坐标数据进行线性均值拟合得到当前隧道衬砌段对应的中轴线；再根据中轴线的位置信息以及隧道设计轮廓线进行循环进尺和拉伸，得到爆破前的爆破区域三维模型。3.根据权利要求1所述一种基于三维点云信息的隧道爆破质量评估方法，其特征在于，所述获取爆破后隧道的三维点云数据，并对三维点云数据进行稀化和三角化处理，得到爆破后的爆破区域三维模型的具体步骤包括：将三维扫描仪置于爆破前相同的位置对爆破面进行扫描，得到三维点云数据；读取三维点云数据中的点云...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文尹，李家乐，林先明，赵高峰，杨仲杰，邓稀肥，徐星火，余诚，王勇，
申请(专利权)人：天津大学中铁四局集团第七工程有限公司，
类型：发明
国别省市：