【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于盾构隧道施工领域，更具体地，涉及一种盾构管片拼装质量检测方法及系统。
技术介绍
1、随着城市地下空间开发和利用，以盾构管片拼装为主的隧道建造技术得到了一定的发展和推广。基于预制化的混凝土管片构件与盾构机的拼装模式，盾构隧道通常会出现一些结构病害特征。除了运营阶段出现的管片破损、变形、渗漏水和材质裂化等问题，施工阶段盾构管片也会因外部环境发生错台与姿态偏差等问题。现阶段，盾构工程参建方常用的隧道检测技术有探地雷达技术、冲击回波技术、三维激光扫描技术和红外探测技术等。其中，三维激光扫描技术自动化程度高，配合车载移动装置有望率先进入智能化检测。
2、三维激光扫描技术改变了传统点到点检测模式，实现了非接触式检测并且数据采集效率极大。其通过全站仪的激光测距功能输出精密耦合数据，输出高密度xyz坐标的点云栅格化模型。在隧道检测研究中，三维激光扫描技术被证实可以针对盾构隧道的结构沉降与收敛变形进行准确全面的检测。但是，所检测的原始点云数据比较庞大，后期的数据处理过程较复杂，结果输出所需的算法要求较高，导致点云数据处理、传递、表达较为困难。
3、在数字化建造背景下，基于bim技术的工程全寿命周期管理已成为趋势。通过互联网与大数据平台，以bim模型为载体的数据集成、数据处理能够提高盾构隧道信息化和精细化管理水平。由于盾构隧道属于隐蔽工程，目前bim技术还主要集中于设计阶段，面向施工和运维还处于探索阶段。
4、因此，有必要通过bim技术来解决三维点云扫描技术中的数据处理、数据传递、数据表达等问题，提
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种盾构管片拼装质量检测方法及系统，其目的在于，基于bim模型实现对盾构管片拼装质量的高效、准确检测。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提出了一种盾构管片拼装质量检测方法，包括如下步骤：
3、根据盾构隧道bim模型，拟合得到隧道中心线模型，进而确定隧道内表面圆筒模型并将其转化为对应的bim点云模型；
4、对盾构隧道内部进行三维点云扫描，得到dlt点云模型；
5、将dlt点云模型与bim点云模型进行配准；
6、对配准后的dlt点云模型进行解析，包括：
7、分别计算dlt点云模型中各点到隧道内表面圆筒模型的最小距离，若最小距离大于距离阈值，则判定该点对应的盾构管片存在错台或变形；
8、分别计算dlt点云模型中各盾构管片环的中心轴向量相对于隧道中心线模型的偏移，若偏移大于角度阈值，则判定该盾构管片环存在姿态偏差。
9、作为进一步优选的，根据盾构隧道bim模型，拟合得到隧道中心线模型，包括：
10、根据盾构隧道bim模型，提取盾构管片环的前端面和后端面，连接盾构管片环前端面中心点和后端面中心点，得到盾构管片环的中心线；将所有盾构管片环的中心线依次连接，拟合成一条折线段，即隧道中心线模型。
11、作为进一步优选的，确定隧道内表面圆筒模型的方法包括：
12、确定隧道中心线模型起始点处的起始向量，进而得到起始向量的法平面；在该法平面处，以起始点为圆心生成一个圆，该圆半径与隧道截面内圆半径一致；将该圆沿着隧道中心线模型拉伸，形成隧道内表面圆筒模型。
13、作为进一步优选的，将隧道内表面圆筒模型转化为对应的bim点云模型，包括；对隧道内表面圆筒模型进行单元网格划分，然后提取网格节点并转化得到bim点云模型。
14、作为进一步优选的，分别计算dlt点云模型中各盾构管片环的中心轴向量相对于隧道中心线模型的偏移，具体为：
15、分别计算dlt点云模型中各盾构管片环的中心轴向量与隧道中心线模型中对应的切向向量之间的夹角，所述切向向量指隧道中心线模型上离中心轴向量最近点的切线向量；若夹角大于角度阈值，则判定该盾构管片环存在姿态偏差；角度阈值α的计算方法如下：
16、
17、其中，w为盾构管片环的宽度，参数ξ根据盾构隧道的建设类型确定。作为进一步优选的，距离阈值d的计算方法如下：
18、d＝3‰×d
19、其中，d为盾构管片环的外直径。
20、作为进一步优选的，对盾构隧道内部进行点云扫描，得到dlt点云模型；
21、利用三维激光扫描仪对盾构隧道内部进行三维点云扫描，获取对应的内部点云模型；对内部点云模型进行清洗、去噪处理，对留下的点云进行稀释和抽样，得到dlt点云模型。
22、作为进一步优选的，对判定存在错台或变形盾构管片，以及存在姿态偏差盾构管片环，在盾构隧道bim模型上对应位置进行变色或着色处理，以直观反映盾构管片拼装质量。
23、按照本专利技术的第二方面，提供了一种盾构管片拼装质量检测系统，包括处理器，所述处理器用于执行上述盾构管片拼装质量检测方法。
24、按照本专利技术的第三方面，提供了计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述盾构管片拼装质量检测方法。
25、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
26、1.本专利技术基于盾构隧道管片所对应的bim模型与三维扫描的点云模型进行比对，解析出实际盾构隧道内部的净空收敛与管片环姿态偏差，可明确发生错台、变形、姿态偏差的具体管片和管片环，能够准确、高效、直观地表达盾构管片施工拼装质量，解决现有盾构隧道施工过程中结构监测效率低和反馈信息难理解不准确等问题。
27、2.本专利技术给出了基于bim模型，通过拟合隧道中心线，确定隧道内表面圆筒模型以及对应bim点云模型的具体方法；同时对三维扫描得到的点云模型进行去噪和抽样稀释，减少扫描误差并减少需计算的数据，进而实现高效、准确的点云配准。
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1.一种盾构管片拼装质量检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的盾构管片拼装质量检测方法，其特征在于，根据盾构隧道BIM模型，拟合得到隧道中心线模型，包括：
3.如权利要求2所述的盾构管片拼装质量检测方法，其特征在于，确定隧道内表面圆筒模型的方法包括：
4.如权利要求3所述的盾构管片拼装质量检测方法，其特征在于，将隧道内表面圆筒模型转化为对应的BIM点云模型，包括；对隧道内表面圆筒模型进行单元网格划分，然后提取网格节点并转化得到BIM点云模型。
5.如权利要求1所述的盾构管片拼装质量检测方法，其特征在于，分别计算Dlt点云模型中各盾构管片环的中心轴向量相对于隧道中心线模型的偏移，具体为：
6.如权利要求1所述的盾构管片拼装质量检测方法，其特征在于，距离阈值d的计算方法如下：
7.如权利要求1所述的盾构管片拼装质量检测方法，其特征在于，对盾构隧道内部进行点云扫描，得到Dlt点云模型；
8.如权利要求1-7任一项所述的盾构管片拼装质量检测方法，其特征在于，对判定存在错台或变形盾构管
9.一种盾构管片拼装质量检测系统，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行如权利要求1-8任一项所述的盾构管片拼装质量检测方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8任一项所述的盾构管片拼装质量检测方法。
...【技术特征摘要】
1.一种盾构管片拼装质量检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的盾构管片拼装质量检测方法，其特征在于，根据盾构隧道bim模型，拟合得到隧道中心线模型，包括：
3.如权利要求2所述的盾构管片拼装质量检测方法，其特征在于，确定隧道内表面圆筒模型的方法包括：
4.如权利要求3所述的盾构管片拼装质量检测方法，其特征在于，将隧道内表面圆筒模型转化为对应的bim点云模型，包括；对隧道内表面圆筒模型进行单元网格划分，然后提取网格节点并转化得到bim点云模型。
5.如权利要求1所述的盾构管片拼装质量检测方法，其特征在于，分别计算dlt点云模型中各盾构管片环的中心轴向量相对于隧道中心线模型的偏移，具体为：
6.如权利要求1所述的盾构管片...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈珂，李霖皓，蒋伟光，骆汉宾，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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