CN110672622A - 一种基于点云数据和全站仪的隧道缺陷快速定位方法 - Google Patents

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雪宜宾
魏世恭
袁建飞
史爱军
王春
于世龙
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Engineering Co Ltd Of Zhong Tieyiju Group 5th
Chengdu Tianyou Chi Technology Co Ltd Tunnel
Fifth Engineering Co Ltd of China Railway First Engineering Group Co Ltd
Original Assignee
Engineering Co Ltd Of Zhong Tieyiju Group 5th
Chengdu Tianyou Chi Technology Co Ltd Tunnel
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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明涉及一种基于点云数据和全站仪的隧道缺陷快速定位方法，步骤如下：S1，使用激光扫描仪在隧道中采集数据；S2，使用三维激光处理软件进行数据分析；S3，利用便携的缺陷定位设备以及全站仪快速定位。该基于点云数据和全站仪的隧道缺陷快速定位方法利用三维激光扫描后的数据进行分析，生成展开图，利用展开图标识出缺陷部位，提高了缺陷检测的准确度，减少了漏识的概率。利用全站仪，结合算法，通过点击缺陷位置，即可自动快速且准确的指出展开图中缺陷的真实位置，方便隧道修复等后续工作。

Description

一种基于点云数据和全站仪的隧道缺陷快速定位方法
技术领域
本发明涉及隧道缺陷快速定位技术领域，具体为一种基于点云数据和全站仪的隧道缺陷快速定位方法。
背景技术
近年来，我国已逐渐成为世界上隧道数量最多、建设规模最大、技术条件最复杂、发展速度最快的隧道大国。但在隧道工程的建设和运行过程中，由于复杂的水文地质条件、地形条件、气候条件、自然灾害以及设计、施工、运行等诸多环节中的可能存在的多种不利影响因素，导致隧道工程存在不同程度的缺陷(如衬砌脱空、变形、漏水、冻害等)，严重影响隧道的施工和运行安全。
目前对于隧道衬砌混凝土的表面缺陷检测主要采用人员巡视检查，发现有缺陷之后再通过全站仪找出缺陷位置的坐标；目前的方式劳动强度极大，且不能充分保证缺陷识别的准确型，尤其对于进深较大、高度较高的隧道而言，检测时用时很长，工作效率低下，且不能得到完整全覆盖的衬砌混凝土检测数据。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于点云数据和全站仪的隧道缺陷快速定位方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于点云数据和全站仪的隧道缺陷快速定位方法，步骤如下：
S1，使用激光扫描仪在隧道中采集数据；
S2，使用三维激光处理软件进行数据分析；
S3，利用便携的缺陷定位设备以及全站仪快速定位。
优选的，所述步骤S1中采集数据包括：
S101：架设仪器，将扫描仪架到三脚架上，并锁定仪器，将仪器放置扫描范围的中央，对三脚架进行气泡调平，同时对全站仪进行调平并设站；
S102：测量坐标，在扫描仪附近2米至5米半径范围内架设两个球棱镜，两个球棱镜架设在不同高度，高度差大于1厘米；
两个球棱镜的间距需要大于5米；
球棱镜球面面对扫描仪，棱镜面对全站仪；
全站仪分别测量两个球棱镜的坐标，记录这两个坐标，保持球棱镜不动直至扫描完毕。
S103：扫描数据，扫描范围内无人或其他干扰物。
优选的，所述步骤S2中数据分析包括：
步骤S201.导入数据和坐标注册；
导入步骤S1扫描获取到的三维激光点云数据到三维激光处理软件，将步骤S102记录的两个坐标录入三维激光处理软件，利用三维激光处理软件完成扫描仪内部坐标到隧道施工坐标的注册；
步骤S202.分析数据，导入隧道设计数据到三维激光处理软件，选定范围，分析该范围点云数据超欠挖，平整度等数据；
步骤S203.导出数据，将S202中分析后得到数据导出；该数据为用户标识的缺陷点坐标(基于隧道施工坐标系)列表文件，或者是包含线路数据和展开图数据的项目文件。
优选的，所述步骤S3中包括：
S301：导入数据和显示，将步骤S203导出的数据导入缺陷定位设备；
缺陷定位设备包括显示模块，控制模块和通信模块；
S302：准备仪器；
S303：快速定位缺陷。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用三维激光扫描后的数据进行分析，生成展开图，利用展开图标识出缺陷部位，提高了缺陷检测的准确度，减少了漏识的概率。利用全站仪，结合算法，通过点击缺陷位置，即可自动快速且准确的指出展开图中缺陷的真实位置，方便隧道修复等后续工作。
附图说明
图1为本发明坐标注册示意图；
图2为本发明步骤框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种基于点云数据和全站仪的隧道缺陷快速定位方法，步骤如下：
S1，使用激光扫描仪在隧道中采集数据；
S2，使用三维激光处理软件进行数据分析；
S3，利用便携的缺陷定位设备以及全站仪快速定位。
进一步的，所述步骤S1中采集数据包括：
S101：架设仪器，将扫描仪架到三脚架上，并锁定仪器，将仪器放置扫描范围的中央，对三脚架进行气泡调平，同时对全站仪进行调平并设站；
S102：测量坐标，在扫描仪附近2米至5米半径范围内架设两个球棱镜，两个球棱镜架设在不同高度，高度差大于1厘米；
两个球棱镜的间距需要大于5米；
球棱镜球面面对扫描仪，棱镜面对全站仪；
全站仪分别测量两个球棱镜的坐标，记录这两个坐标，保持球棱镜不动直至扫描完毕。
S103：扫描数据，扫描范围内无人或其他干扰物。
进一步的，所述步骤S2中数据分析包括：
步骤S201.导入数据和坐标注册；
导入步骤S1扫描获取到的三维激光点云数据到三维激光处理软件，将步骤S102记录的两个坐标录入三维激光处理软件，利用三维激光处理软件完成扫描仪内部坐标到隧道施工坐标的注册；
步骤S202.分析数据，导入隧道设计数据到三维激光处理软件，选定范围，分析该范围点云数据超欠挖，平整度等数据；
步骤S203.导出数据，将S202中分析后得到数据导出；该数据为用户标识的缺陷点坐标(基于隧道施工坐标系)列表文件，或者是包含线路数据和展开图数据的项目文件。
进一步的，所述步骤S3中包括：
S301：导入数据和显示，将步骤S203导出的数据导入缺陷定位设备；
缺陷定位设备包括显示模块，控制模块和通信模块；
显示模块负责显示超欠挖、平整度和灰度图等数据；用户可以通过设置阈值，点击按钮等方式与设备进行交互，实现展开图的动态色彩标识和断面图定位。该模块采用LOD技术、局部渲染技术实现超长里程展开图的平滑浏览和缩放；控制模块负责计算测点和测站坐标的水平角、垂直角偏差输出控制指令，以及不同阈值条件下展开图数据的预处理和LOD分级处理；通信模块主要负责与全站仪进行通信，通过指令控制全站仪。
S302：准备仪器；
本步骤中提到的全站仪必须具备电动马达；架设全站仪，调平并且设站；通过蓝牙的方式连接缺陷定位设备与全站仪，确保两者可以正常通信。不具备蓝牙传输功能的全站仪可以添加一个串口转蓝牙的中间件作为替代
S303：快速定位缺陷。
通过在缺陷定位设备上点选或者标记缺陷点，缺陷定位设备获取全站仪设站坐标后自动控制全站仪打开激光，缺陷定位设备的控制模块通过计算后向全站仪输出控制指令，控制全站仪指向标记的缺陷位置。点击不同点位，全站仪将依次追踪标记点位。如果距离超过20M，缺陷定位设备会给出距离提示。
具体的计算为：
设缺陷点G坐标为(Gx，Gy，Gz)；
设全站仪设站点T坐标为(Tx，Ty，Tz)；
换算向量为V(x，y，z)，其中：
x＝Gx-Tx，y＝Gy-Ty，z＝Gz-Tz；
距离
直角弧度为：
Figure BDA0002231679640000052
水平角弧度：
Figure BDA0002231679640000053
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于点云数据和全站仪的隧道缺陷快速定位方法，其特征在于：步骤如下：
S1，使用激光扫描仪在隧道中采集数据；
S2，使用三维激光处理软件进行数据分析；
S3，利用便携的缺陷定位设备以及全站仪快速定位。
2.根据权利要求1所述基于点云数据和全站仪的隧道缺陷快速定位方法，其特征在于：所述步骤S1中采集数据包括：
S101：架设仪器，将扫描仪架到三脚架上，并锁定仪器，将仪器放置扫描范围的中央，对三脚架进行气泡调平，同时对全站仪进行调平并设站；
S102：测量坐标，在扫描仪附近2米至5米半径范围内架设两个球棱镜，两个球棱镜架设在不同高度，高度差大于1厘米；
两个球棱镜的间距需要大于5米；
球棱镜球面面对扫描仪，棱镜面对全站仪；
全站仪分别测量两个球棱镜的坐标，记录这两个坐标，保持球棱镜不动直至扫描完毕。
S103：扫描数据，扫描范围内无人或其他干扰物。
3.根据权利要求2所述的基于点云数据和全站仪的隧道缺陷快速定位方法，其特征在于：所述步骤S2中数据分析包括：
步骤S201.导入数据和坐标注册；
导入步骤S1扫描获取到的三维激光点云数据到三维激光处理软件，将步骤S102记录的两个坐标录入三维激光处理软件，利用三维激光处理软件完成扫描仪内部坐标到隧道施工坐标的注册；
步骤S202.分析数据，导入隧道设计数据到三维激光处理软件，选定范围，分析该范围点云数据超欠挖，平整度等数据；
步骤S203.导出数据，将S202中分析后得到数据导出；该数据为用户标识的缺陷点坐标(基于隧道施工坐标系)列表文件，或者是包含线路数据和展开图数据的项目文件。
4.根据权利要求2所述的基于点云数据和全站仪的隧道缺陷快速定位方法，其特征在于：所述步骤S3中包括：
S301：导入数据和显示，将步骤S203导出的数据导入缺陷定位设备；
缺陷定位设备包括显示模块，控制模块和通信模块；
S302：准备仪器；
S303：快速定位缺陷。
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