CN109798830B - 隧道附属物几何特征测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种隧道附属物几何特征测量方法，包括步骤：S1：利用移动激光扫描装置获取目标隧道的激光点云数据；S2：根据激光点云数据生成隧道平面影像，并建立隧道平面影像上的各点所对应的坐标公式；S3：测量隧道平面影像上目标点的平面坐标；S4：根据坐标公式获得目标点的行列号信息；S5：根据目标点的激光点云数据获得目标点的三维坐标；S6：重复步骤S3～S5获得多个所需的目标点的三维坐标，并根据三维坐标计算任意两目标点间的距离。本发明的一种隧道附属物几何特征测量方法，可对隧道附属物的位置、尺寸和距离等特征进行快速测量，具有测量效率高和节约人力成本的优点。

Description

隧道附属物几何特征测量方法
技术领域
本发明涉及隧道测量领域，尤其涉及一种隧道附属物几何特征测量方法。
背景技术
为了保障地铁列车安全运行和监测隧道安全，隧道环片内部安装有大量附属设施及监测设备。由于隧道特殊的环境，这些附属物在保护地铁安全运行的同时，其自身的状态是否侵界也是一种隐患，在传统方法中，需要定期通过人工巡查的方式确认隧道内所有附属物的安全，或者利用仪器测量其位置的变化，效率极低，人工成本高。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种隧道附属物几何特征测量方法，提供一种自动化的隧道附属物测量手段，可以清晰识别隧道环片上的特征及布设的结构监测点位置，可对隧道附属物的位置、尺寸和距离等特征进行快速测量，具有测量效率高和节约人力成本的优点。
为了实现上述目的，本发明提供一种隧道附属物几何特征测量方法，包括步骤：
S1：利用移动激光扫描装置获取一目标隧道的激光点云数据，所述激光点云数据包括多个扫描点的特征数据集；所述特征数据集包括与当前所述扫描点对应的行列号信息、三维坐标和激光强度值；
S2：根据所述激光点云数据生成一隧道平面影像，并建立所述隧道平面影像上的各点所对应的一坐标公式；
S3：测量所述隧道平面影像上一目标点的平面坐标；
S4：根据所述坐标公式获得所述目标点的所述行列号信息；
S5：根据所述目标点的所述行列号信息获得所述目标点的所述三维坐标；
S6：重复步骤S3～S5获得多个所需的所述目标点的所述三维坐标，并根据所述三维坐标计算任意两所述目标点间的距离。
优选地，所述坐标公式为：
Figure BDA0001471845860000021
其中，xn是第n个所述目标点的平面坐标的x轴坐标值；yn是第n个所述目标点的平面坐标的y轴坐标值；xn-1是第n-1个所述目标点的平面坐标的x轴坐标值；yn-1是第n-1个所述目标点的平面坐标的y轴坐标值；Cn是第n个所述断面行号，Rn是第n个所述断面的列号，Cn-1是第n-1个所述断面行号，Rn-1是第n-1个所述断面的列号；第n个所述目标点所对应的所述行列号信息表示为(Cn、Rn)；V为相邻所述断面的里程差；δ为同一所述断面内各所述扫描点之间的间距。
优选地，所述相邻所述断面的里程差V和同一所述断面内各所述扫描点之间的间距δ满足一公式(2)：
Figure BDA0001471845860000022
其中，v为所述移动激光扫描装置沿所述目标轨道前进方向的速度；n为所述移动激光扫描装置每秒扫描的断面数；l为当前所述断面的周长；num为当前所述断面内的所述扫描点的个数。
优选地，所述S2步骤中：根据所述行列号信息和所述激光强度值投影生成所述隧道平面影像。
优选地，所述S5步骤中：根据所述目标点的所述行列号信息自所述激光点云数据中索引获得所述目标点的所述三维坐标。
优选地，所述S6步骤中：根据一公式(3)计算所述任意两目标点间的距离，所述任意两目标点包括一第一目标点和一第二目标点：
Figure BDA0001471845860000023
其中，S为所述第一目标点和所述第二目标点之间的实际距离；X1为所述第一目标点的三维坐标中x轴的坐标值；Y1为所述第一目标点的三维坐标中y轴的坐标值；Z1为所述第一目标点的三维坐标中z轴的坐标值；X2为所述第二目标点的三维坐标中x轴的坐标值；Y2为所述第二目标点的三维坐标中y轴的坐标值；Z2为所述第二目标点的三维坐标中z轴的坐标值。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
(1)、由于采用了移动激光扫描装置进行数据的采集，数据采集效率高，可以快速获取隧道环片高分辨率影像将检查工作从现场移至内业，大大减轻外业工作量，提高作业效率。
(2)、移动激光扫描装置扫描影像分辨率高，二维平面影像附属物清晰可见，便于量取目标点坐标信息。
(3)、根据二维的隧道影像可以量取任意点的坐标信息，计算得到隧道内任意两点的空间距离，从而得出附属物、监测点的几何特征信息。
附图说明
图1为本发明实施例的隧道附属物几何特征测量方法的流程图。
具体实施方式
下面根据附图1，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
请参阅图1，本发明实施例的一种隧道附属物几何特征测量方法，包括步骤：
S1：利用移动激光扫描装置获取一目标隧道的激光点云数据，激光点云数据包括多个扫描点的特征数据集；特征数据集包括与当前扫描点对应的行列号信息(C、R)、三维坐标(X，Y，Z)和激光强度值(I)。
S2：根据行列号信息(Cn、Rn)和激光强度值(I)投影生成高分辨率的隧道平面影像，并建立隧道平面影像上的各点所对应的一坐标公式；
本实施例中，坐标公式为：
Figure BDA0001471845860000041
其中，xn是第n个目标点的平面坐标的x轴坐标值；yn是第n个目标点的平面坐标的y轴坐标值；xn-1是第n-1个目标点的平面坐标的x轴坐标值；yn-1是第n-1个目标点的平面坐标的y轴坐标值；Cn是第n个断面行号，Rn是第n个断面的列号，Cn-1是第n-1个断面行号，Rn-1是第n-1个断面的列号；第n个目标点所对应的行列号信息表示为(Cn、Rn)；V为相邻断面的里程差；δ为同一断面内各扫描点之间的间距。
本实施例中，相邻断面的里程差V和同一断面内各扫描点之间的间距δ满足一公式(2)：
Figure BDA0001471845860000042
其中，v为移动激光扫描装置沿目标轨道前进方向的速度；n为移动激光扫描装置每秒扫描的断面数；l为当前断面的周长；num为当前断面内的扫描点的个数。
S3：测量隧道平面影像上一目标点的平面坐标；
S4：根据坐标公式获得目标点的行列号信息；
S5：根据目标点的行列号信息自激光点云数据中索引获得目标点的三维坐标。
S6：重复步骤S3～S5获得多个所需的目标点的三维坐标，并根据三维坐标计算任意两目标点间的距离。
本实施例中，S6步骤中：根据一公式(3)计算任意两目标点间的距离，任意两目标点包括一第一目标点和一第二目标点：
Figure BDA0001471845860000043
其中，S为第一目标点和第二目标点之间的实际距离；X1为第一目标点的三维坐标中x轴的坐标值；Y1为第一目标点的三维坐标中y轴的坐标值；Z1为第一目标点的三维坐标中z轴的坐标值；X2为第二目标点的三维坐标中x轴的坐标值；Y2为第二目标点的三维坐标中y轴的坐标值；Z2为第二目标点的三维坐标中z轴的坐标值。
现有的点云识别度低，不利于辨别附属物位置信息，本实施例的一种隧道附属物几何特征测量方法采用移动激光扫描装置，利用激光扫描技术可快速获取被测物体三维坐标及激光反射率，所采集的高密度点云数据可直观反应物体的几何尺寸和激光反射率差异信息，可以清晰识别隧道环片上的特征及布设的结构监测点位置，便于量测，从而可对其位置、尺寸和距离等特征进行测量。另外，通过本实施例的一种隧道附属物几何特征测量方法，可对隧道附属物的位置、尺寸和距离等特征进行快速测量，具有测量效率高和节约人力成本的优点。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种隧道附属物几何特征测量方法，包括步骤：
S1：利用移动激光扫描装置获取一目标隧道的激光点云数据，所述激光点云数据包括多个扫描点的特征数据集；所述特征数据集包括与当前所述扫描点对应的行列号信息、三维坐标和激光强度值；
S2：根据所述激光点云数据生成一隧道平面影像，并建立所述隧道平面影像上的各点所对应的一坐标公式；
S3：测量所述隧道平面影像上一目标点的平面坐标；
S4：根据所述坐标公式获得所述目标点的所述行列号信息；
S5：根据所述目标点的所述行列号信息获得所述目标点的所述三维坐标；
S6：重复步骤S3～S5获得多个所需的所述目标点的所述三维坐标，并根据所述三维坐标计算任意两所述目标点间的距离；
所述坐标公式为：
Figure FDA0002495391310000011
其中，xn是第n个所述目标点的平面坐标的x轴坐标值；yn是第n个所述目标点的平面坐标的y轴坐标值；xn-1是第n-1个所述目标点的平面坐标的x轴坐标值；yn-1是第n-1个所述目标点的平面坐标的y轴坐标值；Cn是第n个断面行号，Rn是第n个所述断面的列号，Cn-1是第n-1个所述断面行号，Rn-1是第n-1个所述断面的列号；第n个所述目标点所对应的所述行列号信息表示为(Cn、Rn)；V为相邻所述断面的里程差；δ为同一所述断面内各所述扫描点之间的间距。
2.根据权利要求1所述的隧道附属物几何特征测量方法，其特征在于，所述相邻所述断面的里程差V和同一所述断面内各所述扫描点之间的间距δ满足一公式(2)：
Figure FDA0002495391310000021
其中，v为所述移动激光扫描装置沿所述目标隧道前进方向的速度；n为所述移动激光扫描装置每秒扫描的断面数；l为当前所述断面的周长；num为当前所述断面内的所述扫描点的个数。
3.根据权利要求2所述的隧道附属物几何特征测量方法，其特征在于，所述S2步骤中：根据所述行列号信息和所述激光强度值投影生成所述隧道平面影像。
4.根据权利要求3所述的隧道附属物几何特征测量方法，其特征在于，所述S5步骤中：根据所述目标点的所述行列号信息自所述激光点云数据中索引获得所述目标点的所述三维坐标。
5.根据权利要求4所述的隧道附属物几何特征测量方法，其特征在于，所述S6步骤中：根据一公式(3)计算所述任意两目标点间的距离，所述任意两目标点包括一第一目标点和一第二目标点：
Figure FDA0002495391310000022
其中，S为所述第一目标点和所述第二目标点之间的实际距离；X1为所述第一目标点的三维坐标中x轴的坐标值；Y1为所述第一目标点的三维坐标中y轴的坐标值；Z1为所述第一目标点的三维坐标中z轴的坐标值；X2为所述第二目标点的三维坐标中x轴的坐标值；Y2为所述第二目标点的三维坐标中y轴的坐标值；Z2为所述第二目标点的三维坐标中z轴的坐标值。
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