CN112197743A - 一种地铁隧道轮廓-包络线最短距离分析方法 - Google Patents

一种地铁隧道轮廓-包络线最短距离分析方法 Download PDF

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CN112197743A CN202011076457.2A CN202011076457A CN112197743A CN 112197743 A CN112197743 A CN 112197743A CN 202011076457 A CN202011076457 A CN 202011076457A CN 112197743 A CN112197743 A CN 112197743A
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Abstract

本发明提供了一种分析地铁隧道轮廓‑包络线最短距离的方法，步骤为：建立坐标体系，获取隧道断面、机车包络线以及轨道数据；将机车包络线数据转换到隧道断面坐标系中；计算隧道凸点到机车包络线的最短距离；计算每个机车包络线凸点到隧道断面轮廓的最短距离；筛选出符合条件的最短距离及其对应的点；生成轮廓测量分析图和轮廓测量分析成果表。本发明利用轨检小车测量的轨道横滚角、激光雷达扫描的隧道轮廓点云数据，快速准确地得出的隧道轮廓‑包络线最短距离，用于侵界分析，提高了隧道轮廓测量分析的准确性和效率。

Description

一种地铁隧道轮廓-包络线最短距离分析方法
技术领域
本发明涉及隧道轮廓测量，特别是公开了一种地铁隧道轮廓-包络线最短距离分析方法，属于隧道工程检测领域。
背景技术
随着城市轨道交通的快速发展，轨道交通运营安全问题备受关注。由于受地面周边环境负载的变化、地铁周边施工活动及地质条件改变等综合因素的影响，可能会导致隧道结构产生形变，这严重危害隧道安全和列车运行，因此，必须定期对隧道进行健康检测以保证列车运行安全。地铁隧道轮廓测量检测是隧道健康检测的重要内容，对保证隧道结构安全极为重要。隧道轮廓测量是为了保证隧道内各种交通的正常运行与安全，规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间轮廓测量，是交通工具沿固定的轨道安全运行时所需要的空间尺寸。
传统的轮廓测量方法主要采用触杆、皮尺、全站仪等手段量测，测量难度大、工作量大、成本高，这些方法逐渐不能满足轨道交通隧道轮廓侵界检测的要求。现有方法(专利CN111322985A)利用激光雷达扫描获取的点云数据进行侵界分析，对激光雷达扫描的三维点云数据做圆柱拟合来截取隧道断面，利用轨道点云数据构建限界轮廓基准线来提取隧道断面中心，结合约束条件进行限界断面点云配准，对配准后的断面点云和限界轮廓点云进行分析，判断侵界情况。
目前的地铁隧道轨检小车自带激光雷达扫描设备，能够提供完全同步的隧道断面点云数据以及轨道横滚角的测量值，因此，基于这样的测量设备进行隧道轮廓侵界检测就不需要进行圆柱拟合、断面中心点提取、限界断面点云配准等处理，而可以直接分析隧道轮廓及机车包络线之间的最短距离，用于快速的进行侵界分析。
发明内容
本发明的目的是设计一种分析地铁隧道轮廓-包络线最短距离的方法，包括：建立坐标体系，获取隧道断面、机车包络线以及轨道数据；将机车包络线数据转换到隧道断面坐标系中；计算隧道凸点到机车包络线的最短距离；计算每个机车包络线凸点到隧道断面轮廓的最短距离；筛选出符合条件的最短距离及其对应的点；生成轮廓测量分析图和轮廓测量分析成果表；具体来说，本发明的方法包括下列步骤：
A.建立坐标体系，获取隧道断面、机车包络线以及轨道数据，具体步骤如下：
A1.建立隧道断面坐标系，原点是隧道中心点，X轴正方向是面向线路里程递增的方向的横断面上的3点方向，Y轴正方向是横断面上的12点方向；
A2.建立小车断面坐标系，原点是两轨道连线的中点，X轴正方向是面向小车前进方向的横断面上3点方向，Y轴正方向是横断面上的12点方向；
A3.获取一个隧道断面的数据，包含数据采集时刻、断面编号、实测点数，实测点云集合，每个点的属性包含在隧道断面坐标系上的X坐标、Y坐标；
用隧道断面上所有实测点拟合得到的圆称为实测圆，隧道断面轮廓的设计值称为设计圆；
A4.获取机车包络线数据；
所述的机车包络线数据是由机车轮廓点的参数构成的集合，点的参数包括X坐标、Y坐标、凸点标志；凸点标志为1表示该点为凸点；
A5.获取A3所述的隧道对应的轨道数据，包括轨道上每个数据采集点的时刻、里程、轨距、横滚角；
所述的横滚角是两轨内连线在小车断面坐标系相对于X轴的夹角，顺时针方向为正；
B.将机车包络线数据转换到隧道断面坐标系中，具体步骤如下：
B1.利用隧道断面数据与轨道数据的对应关系找到隧道断面对应的横滚角θ；
B2.根据机车包络线在小车断面坐标系中的坐标(x,y)计算隧道断面坐标系中的坐标(x′,y′)，公式如下：
x′＝xcosθ-ysinθ (公式1)
y′＝ycosθ+xsinθ (公式2)
C.计算每个隧道凸点到机车包络线的最短距离，具体步骤如下：
C1.计算隧道断面上每个实测点P(x,y)的偏转角dT和断面差dZ，具体步骤如下：
C1.1定义实测点P(x,y)相对于12点方向的偏转角为dT，计算公式如下：
Figure BDA0002716951770000021
C1.2定义实测点P(x,y)的半径与设计圆半径r的差值为断面差dZ，计算公式如下：
Figure BDA0002716951770000022
C2.根据隧道断面上每个实测点的断面差dZ筛选出隧道向内最凸的点，构造隧道凸点列表P_SD，具体步骤如下：
C2.1把隧道断面上所有的实测点按照偏转角递增的顺序排序；
C2.2按顺序遍历实测点，标记每个点Pi的状态，记为Si，具体方法如下：
C2.2.1将第i个点的断面差dZi减去第i+1个点的断面差dZi+1记为Δ；
C2.2.2如果Δ＜0.000001,则此处实测点是圆滑点，Si＝0；
如果Δ＞0,则此点为上升点，Si＝1；
如果Δ＜0,则此点为下降点，Si＝-1；
C2.3按照顺序遍历添加标记后的实测点，寻找满足条件的凸点Pk；条件为：Sk-1＝1并且Sk＝-1，在凸点Pk前后指定度数Ang范围内，Pk点的断面差值最小；
C2.4将凸点Pk添加到凸点列表P_SD；
C3.计算隧道凸点列表P_SD中每个凸点到机车包络线的最短距离，具体步骤如下：
C3.1遍历隧道凸点列表，对每个点A(x1,y1)，在机车包络线上查找距离该点最近的两点B(x2,y2)，C(x3,y3)；
C3.2求点A到BC的垂足D的坐标(x0,y0)，具体步骤如下：
C3.2.1记BC的斜率为k，计算公式如下：
Figure BDA0002716951770000031
C3.2.2记AD的斜率为k′，计算公式如下：
Figure BDA0002716951770000032
C3.2.3将BC和AD分别用点斜式表示，联立两个方程求出垂足坐标(x0,y0)，公式如下：
Figure BDA0002716951770000033
y0＝k′(x0-x1)+y1 (公式8)
C3.3分别求出A、B、C、D四点之间的距离，记为|AB|、|AC|、|BC|、|BD|、|CD|、|AD|；
C3.4判断垂足D的位置，求A到机车包络线的最短距离，及其对应的点，加入到隧道凸点出发的最短距离列表L_SD，具体步骤如下：
C3.4.1如果|BD|+|CD|＝|BC|，则垂足D在线段BC上，且|AD|是最短距离，对应点是D；
C3.4.2如果|BD|+|CD|＞|BC|，则垂足D在线段BC的延长线上；
若|AB|＞|AC|，则|AC|是最短距离，对应点是C；
若|AB|＜|AC|，则|AB|是最短距离，对应点是B；
C3.4.3将隧道实测点A的坐标、对应点的坐标、最短距离合成一个元组，加入到隧道凸点出发的最短距离列表L_SD中；
D.计算每个机车包络线凸点到隧道断面轮廓的最短距离，具体步骤如下：
D1.计算机车包络线上每个凸点坐标(x′,y′)相对于12点方向的偏转角α，计算公式如下：
Figure BDA0002716951770000041
D2.在机车包络线凸点中取一个点Pj，根据点Pj的角度值α将隧道断面数据中偏转角dT在(α-delta,α+delta)范围的点集合提取出来，计算点Pj与该集合范围内每个点之间的距离，构成集合M；delta代表相对于α的范围值；
D3.取集合M中最小值作为机车包络线凸点Pj到隧道断面轮廓的最短距离s；
D4.取最短距离s对应的隧道实测点Pc的坐标，并将机车包络点Pj的坐标、隧道实测点Pc的坐标、最短距离s合成一个元组，加入到机车包络线凸点出发的最短距离列表L_JC中；
E.筛选出符合条件的最短距离及其对应的点，具体步骤如下：
E1.将上述的L_SD和L_JC两个列表合并为一个列表L，按照隧道凸点的偏转角dT递增的顺序排序；
E2.删除过密的隧道凸点及其最短距离，具体步骤如下：
E2.1根据偏转角dT，以Lim度为界，将列表L中的元组分为n组，记为C1，C2,…Cn；
E2.2遍历n个分组，保留每组中最短距离最小的元组；
E3.遍历列表L，删除重复的包络线凸点对应的元组；
F.生成轮廓测量分析图和轮廓测量分析成果表，具体步骤如下；
F1.画出隧道轮廓、机车包络线、隧道断面轮廓与机车包络线之间最短的连线并标注连线的长度；
F2.将列表L中的每个元组对应的隧道凸点的序号、偏转角dT、最短距离、隧道凸点的坐标、横滚角输出到CSV文件中，形成轮廓测量分析成果表。
本发明直接利用轨检小车测量出的轨道横滚角、激光雷达扫描隧道轮廓点云数据，快速、准确地得出的隧道轮廓-包络线最短距离，用于快速的进行侵界分析，提高了隧道轮廓测量和检测分析的准确性和效率，具有更高的应用价值及经济效益。
附图说明
图1地铁隧道轮廓-包络线最短距离分析流程图
图2轮廓测量分析结果图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
方法流程图如图1所示，本发明方法包括：1)建立坐标体系，获取隧道断面、机车包络线以及轨道数据；2)将机车包络线数据转换到隧道断面坐标系中；3)计算隧道凸点到机车包络线的最短距离；4)计算每个机车包络线凸点到隧道断面轮廓的最短距离；5)筛选出符合条件的最短距离；6)生成轮廓测量分析图和轮廓测量分析成果表。
下面按照步骤，结合数据实例对本发明作进一步描述，以某地铁的隧道的一段数据作为示例：
1.建立坐标体系，获取隧道断面、机车包络线以及轨道数据；
1.1获取的隧道断面数据包含包含数据采集时刻、断面编号、实测点数，实测点云集合，每个点的属性包含在隧道断面坐标系上的X坐标、Y坐标；部分断面数据如下：
Figure BDA0002716951770000051
1.2获取的机车包络线数据是由机车轮廓点的参数构成的集合，点的参数包括X坐标、Y坐标、凸点标志；凸点标志为1表示该点为凸点，部分机车包络线数据如下：
Figure BDA0002716951770000052
1.3获取的轨道数据包含每个数据采集点的时刻、里程、轨距、横滚角，部分轨道数据如下：
Figure BDA0002716951770000053
2.将机车包络线数据转换到隧道断面坐标系中，具体步骤如下：
2.1利用隧道断面数据与轨道数据的对应关系找到隧道断面对应的横滚角θ,步骤1中隧道断面的横滚角θ＝0.001616；
2.2根据机车包络线在小车断面坐标系中的坐标(x,y)计算隧道断面坐标系中的坐标(x′,y′)，公式如下：
x′＝xcosθ-ysinθ
y′＝ycosθ+xsinθ
得到部分转换后的(x′,y′)如下：
Figure BDA0002716951770000061
3.计算每个隧道凸点到机车包络线的最短距离，具体步骤如下：
3.1计算隧道断面上每个实测点P(x,y)的偏转角dT和断面差dZ，具体步骤如下：
3.1.1定义实测点P(x,y)相对于12点方向的偏转角为dT，计算公式如下：
Figure BDA0002716951770000062
3.1.2定义实测点P(x,y)的半径与设计圆半径r的差值为断面差dZ，计算公式如下：
Figure BDA0002716951770000063
求得的断面实测点的偏转角dT与断面差dZ部分数据计算结果如下：
Figure BDA0002716951770000064
3.2根据隧道断面上每个实测点的断面差dZ筛选出隧道向内最凸的点，构造隧道凸点列表P_SD，具体步骤如下：
3.2.1把隧道断面上所有的实测点按照偏转角递增的顺序排序；
3.2.2按顺序遍历实测点，标记每个点Pi的状态，记为Si，具体方法如下：
3.2.2.1将第i个点的断面差dZi减去第i+1个点的断面差dZi+1记为Δ；
3.2.2.2如果Δ＜0.000001,则此处实测点是圆滑点，Si＝0；
如果Δ＞0,则此点为上升点，Si＝1；
如果Δ＜0,则此点为下降点，Si＝-1；
3.2.3按照顺序遍历添加标记后的实测点，寻找满足条件的凸点Pk；条件为：Sk-1＝1并且Sk＝-1，在凸点Pk前后3度范围内，Pk点的断面差值最小；
3.2.4将凸点Pk坐标(x,y)添加到凸点列表P_SD，部分凸点列表P_SD如下：
[(2.57451,0.20172),(2.0355,-1.58674),(0.81085,-1.84854),
(0.69005,-1.86382),(0.68397,-1.86347),……]
3.3计算隧道凸点列表P_SD中每个凸点到机车包络线的最短距离，具体步骤如下：
3.3.1遍历隧道凸点列表，对每个点A(x1,y1)，在机车包络线上查找距离该点最近的两点B(x2,y2)，C(x3,y3)；
3.3.2求点A到BC的垂足D的坐标(x0,y0)，具体步骤如下：
3.3.2.1记BC的斜率为k，计算公式如下：
Figure BDA0002716951770000071
3.3.2.2记AD的斜率为k′，计算公式如下：
Figure BDA0002716951770000072
3.3.2.3将BC和AD分别用点斜式表示，联立两个方程求出垂足坐标(x0,y0)，公式如下：
Figure BDA0002716951770000073
y0＝k′(x0-x1)+y1
3.3.3分别求出A、B、C、D四点之间的距离，记为|AB|、|AC|、|BC|、|BD|、|CD|、|AD|；
3.3.4判断垂足D的位置，求A到机车包络线的最短距离，及其对应的点，加入到隧道凸点出发的最短距离列表L_SD，具体步骤如下：
3.3.4.1如果|BD|+|CD|＝|BC|，则垂足D在线段BC上，且|AD|是最短距离，对应点是D；
3.3.4.2如果|BD|+|CD|＞|BC|，则垂足D在线段BC的延长线上；
若|AB|＞|AC|，则|AC|是最短距离，对应点是C；
若|AB|＜|AC|，则|AB|是最短距离，对应点是B；
3.3.4.3将隧道实测点A的坐标(x,y)、对应点的坐标(x′,y′)、最短距离s合成一个元组，加入到隧道凸点出发的最短距离列表L_SD中；部分列表L_SD的内容如下：
[[(2.57455,0.20172),(1.59964,0.19177),0.97490],
[(2.0355,-1.58674),(1.49438,-1.56375),0.54167],
[(0.81085,-1.84854),(0.81081,-1.81729),0.03124],
[(0.69005,-1.86382),(0.69006,-1.86542),0.00160],
[(0.68397,-1.86347),(0.68397,-1.86542),0.00195],
[(0.65628,-1.86619),(0.65627,-1.86545),0.00073],……]
4.计算每个机车包络线凸点到隧道断面轮廓的最短距离，具体步骤如下：
4.1计算机车包络线上每个凸点坐标(x′,y′)相对于12点方向的偏转角α，计算公式如下：
Figure BDA0002716951770000081
部分机车包络线凸点的偏转角α如下：
Figure BDA0002716951770000082
4.2在机车包络线凸点中取一个点Pj，根据点Pj的角度值α将隧道断面数据中偏转角在(α-60°,α+60°)范围的点集合提取出来，计算点Pj与该集合范围内每个点之间的距离，构成集合M；
4.3取集合M中最小值作为机车包络线凸点Pj到隧道断面轮廓的最短距离s；
4.4取最短距离s对应的隧道实测点Pc的坐标，并将机车包络点Pj的坐标(x,y)、隧道实测点Pc的坐标(x′,y′)、最短距离s合成一个元组，加入到机车包络线凸点出发的最短距离列表L_JC中，部分列表L_JC的内容如下：
[[(1.34591,-1.77376),(0.99776,-1.86888),0.36091],
[(1.49176,-1.62361),(2.00293,-1.66258),-0.14694],
[(1.58884,1.29547),(2.25781,1.72099),0.79283],
[(1.52959,1.54842),(1.98237,2.02822),0.65970],
[(1.39433,1.80828),(1.69953,2.25559),0.54151],
[(0.98901,2.13888),(1.17196,2.55447),0.45407],……]
5.筛选出符合条件的最短距离及其对应的点，具体步骤如下：
5.1将上述的L_SD和L_JC两个列表合并为一个列表L，按照隧道凸点的偏转角dT递增的顺序排序；
5.2删除过密的隧道凸点及其最短距离，具体步骤如下：
5.2.1根据偏转角dT，以Lim＝3度为界，将列表L中的元组分为n组，记为C1，C2,…Cn；
5.2.2遍历n个分组，保留每组中最短距离最小的元组；删除过密的隧道凸点后，部分元组列表内容如下：
[[(0.73582,2.31562),(0.84556,2.67211)，0.37300],
[(0.98903,2.13888),(1.17196,2.55447),0.45407],
[(1.39433,1.80828),(1.69953,2.25559),0.54151],
[(1.52959,1.54842),(1.98237,2.02822),0.65970],
[(1.58884,1.29547)，(2.25781,1.72099),0.79283],
[(1.59964,0.19177),(2.57455,0.20172),0.97494],……]
5.3.遍历列表L，删除重复的包络线凸点对应的元组；删除重复的包络线凸点对应的元组后，部分元组列表内容如下：
[[(0.73582,2.31562),(0.84556,2.67211),0.37367],
[(0.98903,2.13888),(1.17196,2.55447),0.45407],
[(1.39433,1.80828),(1.69958,2.25559),0.54151],
[(1.52959,1.54842),(1.98237,2.02822),0.65975],
[(1.58884,1.29547),(2.25781,1.72099),0.79283],
[(1.59964,0.19177),(2.57455,0.20172),0.97490],……]
6.生成轮廓测量分析图和轮廓测量分析成果表；
6.1.画出隧道轮廓、机车包络线、隧道断面轮廓与机车包络线之间最短的连线并标注连线的长度，轮廓测量分析图如图2所示；
6.2.将列表L中的每个元组对应的隧道凸点的序号、偏转角dT、最短距离、隧道凸点的坐标、横滚角输出到CSV文件中，形成轮廓测量分析成果表。
轮廓测量分析成果表部分部分数据如下：
Figure BDA0002716951770000091
本发明直接利用轨检小车测量出的轨道横滚角、激光雷达扫描隧道轮廓点云数据，快速、准确地得出的隧道轮廓-包络线最短距离，用于快速的进行侵界分析，提高了隧道轮廓测量和检测分析的准确性和效率。

Claims (5)

1.一种地铁隧道轮廓-包络线最短距离分析方法，其步骤包括：
A.建立坐标体系，获取隧道断面、机车包络线以及轨道数据，具体步骤如下：
A1.建立隧道断面坐标系，原点是隧道中心点，X轴正方向是面向线路里程递增的方向的横断面上的3点方向，Y轴正方向是横断面上的12点方向；
A2.建立小车断面坐标系，原点是两轨道连线的中点，X轴正方向是面向小车前进方向的横断面上3点方向，Y轴正方向是横断面上的12点方向；
A3.获取一个隧道断面的数据，包含数据采集时刻、断面编号、实测点数，实测点云集合，每个点的属性包含在隧道断面坐标系上的X坐标、Y坐标；
用隧道断面上所有实测点拟合得到的圆称为实测圆，隧道断面轮廓的设计值称为设计圆；
A4.获取机车包络线数据；
所述的机车包络线数据是由机车轮廓点的参数构成的集合，点的参数包括X坐标、Y坐标、凸点标志；凸点标志为1表示该点为凸点；
A5.获取A3所述的隧道对应的轨道数据，包括轨道上每个数据采集点的时刻、里程、轨距、横滚角；
所述的横滚角是两轨内连线在小车断面坐标系相对于X轴的夹角，顺时针方向为正；
B.将机车包络线数据转换到隧道断面坐标系中，具体步骤如下：
B1.利用隧道断面数据与轨道数据的对应关系找到隧道断面对应的横滚角θ；
B2.根据机车包络线在小车断面坐标系中的坐标(x,y)计算隧道断面坐标系中的坐标(x′,y′)，公式如下：
x′＝xcosθ-ysinθ
y′＝ycosθ+xsinθ
C.计算每个隧道凸点到机车包络线的最短距离，具体步骤如下：
C1.计算隧道断面上每个实测点P(x,y)的偏转角dT和断面差dZ；
C2.根据隧道断面上每个实测点的断面差dZ筛选出隧道向内最凸的点，构造隧道凸点列表P_SD；
C3.计算隧道凸点列表P_SD中每个凸点到机车包络线的最短距离；
D.计算每个机车包络线凸点到隧道断面轮廓的最短距离，具体步骤如下：
D1.计算机车包络线上每个凸点坐标(x′,y′)相对于12点方向的偏转角α，计算公式如下：
Figure FDA0002716951760000011
D2.在机车包络线凸点中取一个点Pj，根据点Pj的角度值α将隧道断面数据中偏转角dT在(α-delta,α+delta)范围的点集合提取出来，计算点Pj与该集合范围内每个点之间的距离，构成集合M；delta代表相对于α的范围值；
D3.取集合M中最小值作为机车包络线凸点Pj到隧道断面轮廓的最短距离s；
D4.取最短距离s对应的隧道实测点Pc的坐标，并将机车包络点Pj的坐标、隧道实测点Pc的坐标、最短距离s合成一个元组，加入到机车包络线凸点出发的最短距离列表L_JC中；
E.筛选出符合条件的最短距离及其对应的点，具体步骤如下：
E1.将上述的L_SD和L_JC两个列表合并为一个列表L，按照隧道凸点的偏转角dT递增的顺序排序；
E2.删除过密的隧道凸点及其最短距离；
E3.遍历列表L，删除重复的包络线凸点对应的元组；
F.生成轮廓测量分析图和轮廓测量分析成果表，具体步骤如下：
F1.画出隧道轮廓、机车包络线、隧道断面轮廓与机车包络线之间最短的连线并标注连线的长度；
F2.将列表L中的每个元组对应的隧道凸点的序号、偏转角dT、最短距离、隧道凸点的坐标、横滚角输出到CSV文件中，形成轮廓测量分析成果表。
2.如权利要求1所述的地铁隧道轮廓-包络线最短距离分析方法，其特征在于，计算隧道断面上每个实测点P(x,y)的偏转角dT和断面差dZ，具体步骤如下：
C1.1定义实测点P(x,y)相对于12点方向的偏转角为dT，计算公式如下：
Figure FDA0002716951760000021
C1.2定义实测点P(x,y)的半径与设计圆半径r的差值为断面差dZ，计算公式如下：
Figure FDA0002716951760000022
3.如权利要求1所述的地铁隧道轮廓-包络线最短距离分析方法，其特征在于，根据隧道断面上每个实测点的断面差dZ筛选出隧道向内最凸的点，构造隧道凸点列表P_SD，具体步骤如下：
C2.1把隧道断面上所有的实测点按照偏转角递增的顺序排序；
C2.2按顺序遍历实测点，标记每个点Pi的状态，记为Si，具体方法如下：
C2.2.1将第i个点的断面差dZi减去第i+1个点的断面差dZi+1记为Δ；
C2.2.2如果Δ<0.000001,则此处实测点是圆滑点，Si＝0；
如果Δ>0,则此点为上升点，Si＝1；
如果Δ<0,则此点为下降点，Si＝-1；
C2.3按照顺序遍历添加标记后的实测点，寻找满足条件的凸点Pk；条件为：Sk-1＝1并且Sk＝-1，在凸点Pk前后指定度数Ang范围内，Pk点的断面差值最小；
C2.4将凸点Pk添加到凸点列表P_SD。
4.如权利要求1所述的地铁隧道轮廓-包络线最短距离分析方法，其特征在于，计算隧道凸点列表P_SD中每个凸点到机车包络线的最短距离，具体步骤如下：
C3.1遍历隧道凸点列表，对每个点A(x1,y1)，在机车包络线上查找距离该点最近的两点B(x2,y2)，C(x3,y3)；
C3.2求点A到BC的垂足D的坐标(x0,y0)，具体步骤如下：
C3.2.1记BC的斜率为k，计算公式如下：
Figure FDA0002716951760000031
C3.2.2记AD的斜率为k′，计算公式如下：
Figure FDA0002716951760000032
C3.2.3将BC和AD分别用点斜式表示，联立两个方程求出垂足坐标(x0,y0)，公式如下：
Figure FDA0002716951760000033
y0＝k′(x0-x1)+y1
C3.3分别求出A、B、C、D四点之间的距离，记为|AB|、|AC|、|BC|、|BD|、|CD|、|AD|；
C3.4判断垂足D的位置，求A到机车包络线的最短距离，及其对应的点，加入到隧道凸点出发的最短距离列表L_SD，具体步骤如下：
C3.4.1如果|BD|+|CD|＝|BC|，则垂足D在线段BC上，且|AD|是最短距离，对应点是D；
C3.4.2如果|BD|+|CD|>|BC|，则垂足D在线段BC的延长线上；
若|AB|>|AC|，则|AC|是最短距离，对应点是C；
若|AB|<|AC|，则|AB|是最短距离，对应点是B；
C3.4.3将隧道实测点A的坐标、对应点的坐标、最短距离合成一个元组，加入到隧道凸点出发的最短距离列表L_SD中。
5.如权利要求1所述的地铁隧道轮廓-包络线最短距离分析方法，其特征在于，删除过密的隧道凸点及其最短距离，具体步骤如下：
E2.1根据偏转角dT，以Lim度为界，将列表L中的元组分为n组，记为C1，C2,…Cn；
E2.2遍历n个分组，保留每组中最短距离最小的元组。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113359150A (zh) * 2021-05-12 2021-09-07 武汉中仪物联技术股份有限公司 管道截面轮廓获取方法、装置、电子设备和存储介质
CN113737587A (zh) * 2021-09-16 2021-12-03 广州地铁设计研究院股份有限公司 盾构隧道预制轨道板落板的复核方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106127771A (zh) * 2016-06-28 2016-11-16 上海数联空间科技有限公司 基于激光雷达lidar点云数据获取隧道正射影像系统及方法
CN205991784U (zh) * 2016-07-07 2017-03-01 沈阳铁路局科学技术研究所 一种基于工控机控制的铁路隧道限界动态检测系统
US20170144682A1 (en) * 2014-06-25 2017-05-25 Mitsubishi Electric Corporation Device for creating construction gauge measurement diagram, device for creating construction gauge measurement diagram data, and method for creating construction gauge measurement diagram
US20180082143A1 (en) * 2013-12-17 2018-03-22 General Electric Company Method and device for automatically identifying a point of interest in a depth measurement on a viewed object
CN109084729A (zh) * 2018-06-11 2018-12-25 贵州开磷集团股份有限公司 一种勘查矿体内暗溶洞轮廓的方法
CN109489584A (zh) * 2018-12-03 2019-03-19 大连维德轨道装备有限公司 一种基于3d技术的隧道限界检测系统及隧道限界识别方法
CN109708615A (zh) * 2018-12-20 2019-05-03 上海同岩土木工程科技股份有限公司 一种基于激光扫描的地铁隧道限界动态检测方法
CN110030950A (zh) * 2019-05-10 2019-07-19 中车长春轨道客车股份有限公司 一种轨道车辆全动态包络限界测试系统
WO2019170787A1 (en) * 2018-03-08 2019-09-12 Koninklijke Philips N.V. Intravascular navigation using data-driven orientation maps
JP2019214930A (ja) * 2018-06-11 2019-12-19 國立台北科技大學 変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析方法、及びその装置とシステム
CN110766798A (zh) * 2019-11-30 2020-02-07 中铁一局集团有限公司 一种基于激光扫描数据的隧道监控量测成果可视化方法
CN110793501A (zh) * 2019-11-19 2020-02-14 上海勘察设计研究院(集团)有限公司 一种地铁隧道限界检测方法
CN111322985A (zh) * 2020-03-25 2020-06-23 南京航空航天大学 基于激光点云的隧道限界分析方法、装置和系统

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180082143A1 (en) * 2013-12-17 2018-03-22 General Electric Company Method and device for automatically identifying a point of interest in a depth measurement on a viewed object
US20170144682A1 (en) * 2014-06-25 2017-05-25 Mitsubishi Electric Corporation Device for creating construction gauge measurement diagram, device for creating construction gauge measurement diagram data, and method for creating construction gauge measurement diagram
CN106127771A (zh) * 2016-06-28 2016-11-16 上海数联空间科技有限公司 基于激光雷达lidar点云数据获取隧道正射影像系统及方法
CN205991784U (zh) * 2016-07-07 2017-03-01 沈阳铁路局科学技术研究所 一种基于工控机控制的铁路隧道限界动态检测系统
WO2019170787A1 (en) * 2018-03-08 2019-09-12 Koninklijke Philips N.V. Intravascular navigation using data-driven orientation maps
JP2019214930A (ja) * 2018-06-11 2019-12-19 國立台北科技大學 変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析方法、及びその装置とシステム
CN109084729A (zh) * 2018-06-11 2018-12-25 贵州开磷集团股份有限公司 一种勘查矿体内暗溶洞轮廓的方法
CN109489584A (zh) * 2018-12-03 2019-03-19 大连维德轨道装备有限公司 一种基于3d技术的隧道限界检测系统及隧道限界识别方法
CN109708615A (zh) * 2018-12-20 2019-05-03 上海同岩土木工程科技股份有限公司 一种基于激光扫描的地铁隧道限界动态检测方法
CN110030950A (zh) * 2019-05-10 2019-07-19 中车长春轨道客车股份有限公司 一种轨道车辆全动态包络限界测试系统
CN110793501A (zh) * 2019-11-19 2020-02-14 上海勘察设计研究院(集团)有限公司 一种地铁隧道限界检测方法
CN110766798A (zh) * 2019-11-30 2020-02-07 中铁一局集团有限公司 一种基于激光扫描数据的隧道监控量测成果可视化方法
CN111322985A (zh) * 2020-03-25 2020-06-23 南京航空航天大学 基于激光点云的隧道限界分析方法、装置和系统

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CATALANO, A等: "《An intrusion detection system based on the optical fiber technology for the protection of railway assets》", 《PROCEEDINGS OF THE IEEE》 *
CHOU, WI等: "《Predictions of ground deformations in shallow tunnels in clay》", 《TUNNELLING AND UNDERGROUND SPACE TECHNOLOGY》 *
尤相骏等: "一种真圆型隧道激光扫描断面检测变形新方法的研究", 《隧道建设》 *
李祖来: "《基于三维激光扫描数据隧道变形信息提取》", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *
杨辉: "《铁路隧道衬砌限界数据与病害图像信息的集成与处理》", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *
梁中勇等: "《特大断面地铁车站变截面处暗挖施工技术》", 《铁道建筑》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113359150A (zh) * 2021-05-12 2021-09-07 武汉中仪物联技术股份有限公司 管道截面轮廓获取方法、装置、电子设备和存储介质
CN113359150B (zh) * 2021-05-12 2024-02-13 武汉中仪物联技术股份有限公司 管道截面轮廓获取方法、装置、电子设备和存储介质
CN113737587A (zh) * 2021-09-16 2021-12-03 广州地铁设计研究院股份有限公司 盾构隧道预制轨道板落板的复核方法

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