【技術實現步驟摘要】
本申請涉及隧道工程測量，具體涉及一種盾構隧道斷面擬合方法、錯臺量檢測方法及檢測系統。
技術介紹
1、盾構隧道的管片錯臺主要指沿著隧道的縱向相鄰管片之間移動產生的相對位移。造成盾構隧道管片錯臺的原因主要有：管片未按規范拼裝、千斤頂頂推壓力不均勻、注漿壓力控制不當、螺栓松弛效應及隧道外部復雜環境的影響等。錯臺現象往往會引發管片局部破損(開裂)、隧道滲漏水、盾尾漏漿、掉塊等病害，這些現象引起的病害威脅著運營期隧道的行車安全。
2、傳統的盾構隧道錯臺檢測方法有人工巡檢及全站儀掃描。人工巡檢即采用鋼尺直接對肉眼可見的錯臺進行測量，人工檢測常用于兩腰位置的測量，對拱頂位置測量不便，全站儀掃描需要利用天窗時間進行測量，檢測效率低，不能滿足蓬勃發展的地鐵運營隧道巡檢的需求，傳統的錯臺量檢測方法均耗費大量的人力物力，占用過多運營維護天窗期時間，檢測效率低且結果的準確性依賴檢測人員的經驗水平。
3、三維激光掃描技術在空間信息獲取方面具有非接觸測量、高精度高分辨率、信息豐富等優點。與全站儀、斷面儀等傳統測量方法相比，三維激光掃描技術不用頻繁設置觀測點，就能實現點云數據的采集，且數據密度大、質量好、精度高，測量精度可達到毫米級，因此三維激光掃描技術常用于橫斷面變形檢測、隧道滲水掉塊等病害檢測、裂縫檢測等。
4、對盾構隧道斷面的擬合，通常直接采用最小二乘法對其進行擬合，最小二乘法擬合方法需要對所有的數據對象進行擬合，局部噪聲對擬合結果的干擾較大，因此在直接采用最小二乘法進行斷面的橢圓擬合時，需要對斷面點云數據進行噪點濾
技術實現思路
1、本申請提供一種盾構隧道斷面擬合方法、錯臺量檢測方法及檢測系統，對較少數量的原始斷面點云數據直接擬合，并在擬合過程中利用偏離權值來評價擬合結果的可用性以實現在擬合過程中自動濾除噪點，免于擬合前對斷面點云數據進行精簡、濾波、分割等步驟，使之適用于實際檢測工程。
2、本申請通過下述技術方案實現：
3、第一方面，本申請提供一種盾構隧道斷面擬合方法，包括以下步驟：
4、a、獲取盾構隧道的三維斷面點云數據；
5、b、從三維斷面點云數據中隨機提取至少5個三維斷面點云數據并基于提取的三維斷面點云數據擬合出橢圓曲線；
6、c、計算每個三維斷面點云相對于橢圓曲線的偏離權值，并統計偏離權值滿足第一閾值的第一點云數量，其中，所述偏離權值用于描述每個斷面點云相對于擬合出的橢圓曲線的偏離程度；
7、d、若第一點云數量滿足第二閾值，輸出橢圓曲線；否則，方法回到步驟b迭代執行。
8、本申請提供的盾構隧道斷面擬合方法，從三維斷面點云數據（原始斷面點云數據）中選取較少數量的點云數據進行橢圓曲線擬合；該方法通過計算偏離權值，評估每個三維斷面點云與擬合出的橢圓曲線之間的偏離程度，從而實現噪點的自動濾除；通過統計第一點云數量，該方法進一步評價橢圓曲線的可靠性，確保擬合誤差符合規范要求；該方法尤其適用于實際檢測工程中，能夠直接對三維斷面點云數據進行處理，而無需經過精簡、濾波或分割等預處理步驟。
9、在一些可選的實施例中，偏離權值通過以下內容獲得：
10、求解橢圓曲線的兩個焦點坐標以及長軸長度；
11、計算盾構隧道斷面點云與兩個焦點的間距和；
12、將長軸長度與間距和差值的絕對值作為偏離權值。
13、在一些可選的實施例中，步驟d進一步包括：
14、輸出橢圓曲線前，再次執行步驟b和步驟c，以得到第二點云數量；
15、若第二點云數量大于第一點云數量，更新橢圓曲線。
16、在一些可選的實施例中，步驟b進一步包括：
17、標記隧道輪廓與隧道地面的兩個交點；
18、以盾構隧道中軸線為圓心，構建兩個交點間的優??；
19、標記優弧的五等分點，并構建從中軸線到五等分點的射線以得到五個扇形區域；
20、分別在五個扇形區域中隨機選取一個三維斷面點云數據；
21、采用最小二乘法對選取出的三維斷面點云數據進行橢圓擬合。
22、第二方面，本申請提供一種盾構隧道斷面錯臺量檢測方法，基于第一方面所述的任一種盾構隧道斷面擬合方法實現，包括以下步驟：
23、e、獲取盾構隧道的三維點云數據并基于其得到環縫位置；
24、f、沿盾構隧道的延伸方向，在環縫前后截取得到第一斷面和第二斷面；
25、g、采用盾構隧道斷面擬合方法分別得到第一斷面、第二斷面的第一斷面輪廓和第二斷面輪廓；
26、h、套合第一斷面輪廓和第二斷面輪廓，計算錯臺量。
27、在一些可選的實施例中，步驟e包括：
28、將盾構隧道三維點云數據映射為二維灰度圖像；
29、通過二維灰度圖像定位環縫輪廓；
30、采用霍夫變換方法擬合環縫，并濾除噪點；
31、根據三維點云數據與二維灰度圖像像素點的映射關系得出環縫位置。
32、在一些可選的實施例中，將盾構隧道三維點云數據映射為二維灰度圖像，包括：
33、采用3~8mm的網格對平面點云進行柵格化。
34、在一些可選的實施例中，采用5mm的網格對平面點云進行柵格化。
35、在一些可選的實施例中，通過以下內容計算錯臺量：
36、計算第一斷面輪廓在傾角為α情況下其上m點到橢圓曲線圓心的距離r1：
37、r1=a1*b1/[a12*(sin(θ1-α))2+b12*(cos(θ1-α))2]1/2；
38、其中，a1為第一斷面輪廓對應橢圓曲線的長半軸長度，b1為第一斷面輪廓對應橢圓曲線的短半軸長度，θ1為由第一斷面輪廓對應橢圓曲線圓心延伸到m點的射線與水平面的夾角；
39、計算第二斷面輪廓在傾角為β情況下其上n點到橢圓曲線圓心的距離r2：
40、r2=a2*b2/[a22*(sin(θ2-β))2+b22*(cos(θ2-β))2]1/2；
41、其中，a2為第二斷面輪廓對應橢圓曲線的長半軸長度，b2為第二斷面輪廓對應橢圓曲線的短半軸長度，θ2為由第二斷面輪廓對應橢圓曲線圓心延伸到n點的射線與水平面的夾角；
42、計算錯臺量δr：
43、δr=|r1-r2|；
44、其中，在盾構隧道的延伸方向上，m點和n點重合。
45、在一些可選的實施例中，所述第一斷面和第二斷面與環縫的間距均為6cm。
46、第三方面，本申請提供一種盾構隧道斷面錯臺量檢測系統，包括三維激光掃描設備和計算機設備；
47、所述三維激光掃描設備用于掃描盾構隧道以獲得盾構隧道的三維點云數據，并用于將本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種盾構隧道斷面擬合方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的盾構隧道斷面擬合方法，其特征在于，偏離權值通過以下內容獲得：
3.根據權利要求1所述的盾構隧道斷面擬合方法，其特征在于，步驟d進一步包括：
4.根據權利要求1所述的盾構隧道斷面擬合方法，其特征在于，步驟b進一步包括：
5.一種盾構隧道斷面錯臺量檢測方法，基于如權利要求1~4任一項所述的盾構隧道斷面擬合方法實現，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的盾構隧道斷面錯臺量檢測方法，其特征在于，步驟e包括：
7.根據權利要求6所述的盾構隧道斷面錯臺量檢測方法，其特征在于，將盾構隧道三維點云數據映射為二維灰度圖像包括：
8.根據權利要求7所述的盾構隧道斷面錯臺量檢測方法，其特征在于，采用5mm的網格對平面點云進行柵格化。
9.根據權利要求5所述的盾構隧道斷面錯臺量檢測方法，其特征在于，通過以下內容計算錯臺量：
10.一種盾構隧道斷面錯臺量檢測系統，其特征在于，包括三維激光掃描設備和計算機設
...【技術特征摘要】
1.一種盾構隧道斷面擬合方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的盾構隧道斷面擬合方法，其特征在于，偏離權值通過以下內容獲得：
3.根據權利要求1所述的盾構隧道斷面擬合方法，其特征在于，步驟d進一步包括：
4.根據權利要求1所述的盾構隧道斷面擬合方法，其特征在于，步驟b進一步包括：
5.一種盾構隧道斷面錯臺量檢測方法，基于如權利要求1~4任一項所述的盾構隧道斷面擬合方法實現，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據權利要求5...
【專利技術屬性】
技術研發人員：奉建軍，周斌，林元鋮，楊龍強，劉志強，溫曉凱，廖凱，杜云超，趙峰，楊昱衡，王新宇，
申請(專利權)人：中鐵西南科學研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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