CN114241035A - 一种隧道断面超欠挖面积计算方法 - Google Patents

一种隧道断面超欠挖面积计算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114241035A
CN114241035A CN202210168396.5A CN202210168396A CN114241035A CN 114241035 A CN114241035 A CN 114241035A CN 202210168396 A CN202210168396 A CN 202210168396A CN 114241035 A CN114241035 A CN 114241035A
Authority
CN
China
Prior art keywords
area
point cloud
overbreak
paragraph
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210168396.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114241035B (zh
Inventor
文言
廉文斌
吴勇生
杨承昆
曾雄鹰
杨彦恒
沈龙传
赵世民
许晚枫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan Lianzhi Technology Co Ltd
Original Assignee
Hunan Lianzhi Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan Lianzhi Technology Co Ltd filed Critical Hunan Lianzhi Technology Co Ltd
Priority to CN202210168396.5A priority Critical patent/CN114241035B/zh
Publication of CN114241035A publication Critical patent/CN114241035A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114241035B publication Critical patent/CN114241035B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/60—Analysis of geometric attributes
    • G06T7/62—Analysis of geometric attributes of area, perimeter, diameter or volume
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G06T5/70—Denoising; Smoothing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0004—Industrial image inspection
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/10—Segmentation; Edge detection
    • G06T7/13—Edge detection
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10028—Range image; Depth image; 3D point clouds
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30108—Industrial image inspection
    • G06T2207/30132—Masonry; Concrete

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Abstract

本发明提供了一种隧道断面超欠挖面积计算方法。包括计算点云中每个点的超欠挖值，根据超欠挖值将隧道断面区分为超挖部分和欠挖部分；分别对超挖部分和欠挖部分进行分段落积分计算，获取该段落中实测点云轮廓线与平面坐标系合围面积；通过积分分别计算隧道设计轮廓在对应的超挖段落和欠挖段落中与平面坐标系合围面积；最终获取每个超挖段落的超挖面积以及每个欠挖段落的欠挖面积。本发明分开计算隧道断面超挖面积及欠挖面积，能够快速地向施工单位提供有效的超欠挖信息，便于施工单位及时调整爆破方案，减少超挖、避免红线欠挖等问题，同时能够减少资源浪费，控制施工成本。

Description

一种隧道断面超欠挖面积计算方法
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道断面超欠挖面积计算方法。
背景技术
在隧道开挖过程中，超欠挖现象的发生是不可避免的，只有有效控制超挖、避免欠挖才能在最大限度内控制施工成本，保证施工安全。现有隧道超欠挖检测的方法多为利用全站仪或断面激光扫描仪对断面进行检测，给出单个或多个点的超欠挖数值，得到的数据不足以用于计算超欠挖面积、断面最大超挖/欠挖值等，不能对后续断面的施工提供针对性的指导。
而直接利用点云数据计算断面超欠挖面积时，由于扫描过程中将地面碎石的点云也一起采集了，会对计算精度造成干扰。
综上所述，急需一种隧道断面超欠挖面积计算方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种隧道断面超欠挖面积计算方法，以解决通过点云直接获取隧道断面超欠挖面积的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种隧道断面超欠挖面积计算方法，包括以下步骤：
步骤A：通过三维激光扫描获取隧道断面点云；
步骤B：在隧道断面上建立平面坐标系，对点云进行去噪处理；再计算点云上每个点对应的坐标方位角和超欠挖值；
步骤C：根据超欠挖值将隧道断面区分为超挖部分和欠挖部分；
步骤D：分别对超挖部分和欠挖部分进行分段落积分计算，获取该段落中实测点云轮廓线与平面坐标系合围面积；
步骤E：通过积分分别计算隧道设计轮廓在对应的超挖段落和欠挖段落中与平面坐标系合围面积；
步骤F：根据步骤D和步骤E中的面积差值，获取每个超挖段落的超挖面积以及每个欠挖段落的欠挖面积。
优选的，所述步骤B中，以位于隧道断面拱部的设计轮廓圆弧段的圆心为坐标系原点建立平面坐标系；去噪处理时，以点云的纵坐标排序，获取点云中纵坐标最小值y min ，并去除纵坐标在区间[y min ，y min +H]的点云数据，其中，H为去噪阈值。
优选的，所述步骤B中，将点云数据构建成N行四列的矩阵G=[x i ，y i ，α i ，D i ]，其中N为点云数据中点的总个数，x i 、y i 分别为点云数据中第i个点的横、纵坐标，α i 为点云数据中第i个点的坐标方位角，D i 为点云数据中第i个点的超欠挖值；
所述步骤C中，根据D i 的正负将矩阵G中的数据划分成超挖部分和欠挖部分；当y min ≥0时，根据x i 的数值变化对超挖部分和欠挖部分的数据分别进行排序；当y min ＜0时，根据y i 的数值变化对超挖部分和欠挖部分的数据分别进行排序；最终形成N1行四列的超挖矩阵C和N2行四列的欠挖矩阵Q，且N1+N2=N。
优选的，所述步骤D中，当y min ≥0时，以X轴为积分变量，积分区间为该段落中点云横坐标的最小值至最大值；当y min ＜0时，以Y轴为积分变量，积分区间为该段落中点云纵坐标的最小值至最大值。
优选的，所述步骤D中，以X轴为积分变量时，对于所述超挖矩阵C或欠挖矩阵Q，依次对矩阵中相邻行的横坐标进行比较，当矩阵中相邻行的横坐标差值大于分段阈值I时，提取这两行的横坐标；
以Y轴为积分变量时，对于所述超挖矩阵C或欠挖矩阵Q，依次对矩阵中相邻行的纵坐标进行比较，当矩阵中相邻行的纵坐标差值大于分段阈值I时，提取这两行的纵坐标；
最终形成M行1列的分段矩阵F=[x i ]或F=[y i ]。
优选的，当分段矩阵的行数M=0时，整个隧道断面只有一个超挖段落或一个欠挖段落；
当M=2时，将整个隧道断面划分成两个段落；
当M＞2时，以分段矩阵中第一行和第M行的横坐标或纵坐标为界，将整个隧道断面划分成三个段落。
优选的，所述步骤E中，当点云数据中第i个点的坐标方位角落入隧道设计轮廓中第k个圆弧段在平面坐标系中的坐标方位角区间时，通过表达式2）计算该点在隧道设计轮廓中第k个圆弧段对应的设计轮廓坐标（x s ，y s ）：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
2）；
其中，x k ，y k 为第k个圆弧段在平面坐标系中的圆心坐标，R k 为第k个圆弧段的半径，α s 为该点相对于第k个圆弧段的圆心的方位角，通过表达式3）进行计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
3）。
优选的，所述步骤E中，对设计轮廓进行段落划分时，选取与超挖段落或欠挖段落中进行分段的点云坐标对应的设计轮廓坐标对设计轮廓进行对应分段。
优选的，所述步骤F中，以X轴为积分变量的情况下，通过表达式4）计算每个段落的超挖面积或欠挖面积S CQ ：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
4）；
其中，S D 为该段落的实测点云轮廓与平面坐标系合围面积，S Z1 为该段落实测点云轮廓的横坐标区段与去噪线、平面坐标系合围面积；S S 为该段落的设计轮廓与平面坐标系合围面积，S Z2 为该段落设计轮廓的横坐标区段与去噪线、平面坐标系合围面积；
以Y轴为积分变量的情况下，通过表达式6）计算每个段落的超挖面积或欠挖面积S CQ ：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
6）。
优选的，所述步骤D和步骤E中，采用梯形法进行积分计算，整个断面的超欠挖面积等于每个超挖段落的超挖面积以及每个欠挖段落的欠挖面积之和。
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
（1）本发明中，通过计算点云上每个点对应的超欠挖值，可得到隧道断面的最大超挖值和最大欠挖值，并通过超欠挖值的正负将隧道断面区分为超挖部分和欠挖部分，再通过对超挖部分和欠挖部分进行段落划分，通过积分分别计算各段落对应的超欠挖面积，得到每一个超挖段落的超挖面积以及每一个欠挖段落的欠挖面积，便于进行后续的开挖方案指导。分开计算隧道断面超挖面积及欠挖面积，能够快速地向施工单位提供有效的超欠挖信息，便于施工单位及时调整爆破方案，减少超挖、避免红线欠挖等问题，同时能够减少资源浪费，控制施工成本。
（2）本发明中，通过设置去噪阈值H，可去除点云中的地面碎石点云，排除地面碎石点云对计算结果的干扰，减少超欠挖面积的计算误差。
（3）本发明中，通过比较开挖高度线与X轴的高低关系，当y min ≥0时，以X轴为积分变量，当y min ＜0时，以Y轴为积分变量；可便于针对不同的开挖情况提升计算效率，减小计算误差。
（4）本发明中，在超挖矩阵和欠挖矩阵中，根据分段阈值可得到段落划分的界线，便于实现实测点云轮廓线下各段落与设计轮廓线下各段落的对应关系，从而对应得出每一个段落的超挖面积或欠挖面积。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本申请实施例1中平面坐标系建立的示意图；
图2是本申请实施例1中去噪线的设置示意图；
图3是本申请实施例1中以X轴为积分变量进行梯形法积分的示意图；
图4是本申请实施例1中的段落划分示意图一；
图5是本申请实施例1中的段落划分示意图二；
图6是本申请实施例1中的段落划分示意图三；
图7是本申请实施例2中去噪线的设置示意图；
图8是本申请实施例2中以Y轴为积分变量进行梯形法积分的示意图；
图9是本申请实施例2中的段落划分示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
参见图1至图6，一种隧道断面超欠挖面积计算方法，本实施例应用于隧道超欠挖面积的计算。
一种隧道断面超欠挖面积计算方法，包括以下步骤：
步骤A：通过三维激光扫描获取隧道断面点云；通过三维激光扫描仪采集的断面点云，可以更全面的体现隧道断面数据。
步骤B：在隧道断面上建立平面坐标系，对点云进行去噪处理；再计算点云上每个点对应的坐标方位角和超欠挖值；
参见图1，隧道断面设计轮廓包括位于隧道断面拱部的第一圆弧段，该圆弧段的圆心为O 1 ，位于隧道断面底部的第三圆弧段，该圆弧段的圆心为O 3 ，以及连接于第一圆弧段和第三圆弧段之间的第二圆弧段，该圆弧段的圆心为O 2 。
以位于隧道断面拱部的设计轮廓圆弧段（即第一圆弧段）的圆心O 1 为坐标系原点建立平面坐标系，平面坐标系上的一个单元刻度对应实际距离为1m；图1中的实线表示隧道设计轮廓线，虚线表示实测点云轮廓线，实测点云轮廓线凸出于设计轮廓线部分为超挖部分，反之则为欠挖部分，在设计轮廓线上，超挖部分和欠挖部分呈交错分布。
去噪处理时，以点云的纵坐标排序，获取点云中纵坐标最小值y min ，并去除纵坐标在区间[y min ，y min +H]的点云数据，其中，H为去噪阈值，取值范围为0~0.5，因为隧道地面碎石高度一般不超过0.5米，因此，去噪后可去除隧道地面的点云，本实施例中H的取值为0.3。
按照中国专利ZL201810768199.0计算点云数据中第i个点（x i ，y i ）的坐标方位角α i 和超欠挖值D i ，可得到隧道断面的最大超挖值和最大欠挖值；同时，可通过坐标方位角α i 得知该点对应的圆弧段，当坐标方位角α i 处于该圆弧段在平面坐标系中的坐标方位角区间时，即与该圆弧段为对应关系。
将点云数据构建成N行四列的矩阵G=[x i ，y i ，α i ，D i ]，其中N为点云数据中点的总个数，x i 、y i 分别为点云数据中第i个点的横、纵坐标，其中1≤i≤N，α i 为点云数据中第i个点的坐标方位角，D i 为点云数据中第i个点的超欠挖值。
步骤C：根据超欠挖值将隧道断面区分为超挖部分和欠挖部分；
根据D i 的正负将矩阵G中的数据划分成超挖部分和欠挖部分，当D i ≥0时，将数据划分为超挖部分，当D i ＜0时，将数据划分为欠挖部分；当y min ≥0时，根据x i 的数值变化对超挖部分和欠挖部分的数据分别进行排序；当y min ＜0时，根据y i 的数值变化对超挖部分和欠挖部分的数据分别进行排序；最终形成N1行四列的超挖矩阵C和N2行四列的欠挖矩阵Q，且N1+N2=N。当N1=0时，隧道断面不存在超挖情况，当N2=0时，隧道断面不存在欠挖情况。
本实施例中，参见图2，由于y min ＞0，根据x i 的数值变化（从小到大）对超挖部分和欠挖部分的数据分别进行排序，得到N1行四列的超挖矩阵C=[x i ，y i ，α i ，D i ]和N2行四列的欠挖矩阵Q=[x i ，y i ，α i ，D i ]。
步骤D：分别对超挖部分和欠挖部分进行分段落积分计算，获取该段落中实测点云轮廓线与平面坐标系合围面积；
当y min ≥0时，以X轴为积分变量，积分区间为该段落中点云横坐标x i 的最小值至最大值；当y min ＜0时，以Y轴为积分变量，积分区间为该段落中点云纵坐标y i 的最小值至最大值，因为当y min ＜0，会出现一个横坐标对应两个纵坐标的情况，不利于以X轴为积分变量进行积分；此时以Y轴为积分变量，对横坐标大于等于0的部分和横坐标小于0的部分进行分别积分，可减小计算误差。
以X轴为积分变量时，对于所述超挖矩阵C或欠挖矩阵Q，依次对矩阵中相邻行的横坐标进行比较，当矩阵中相邻行的横坐标差值大于分段阈值I时，提取这两行的横坐标；
以Y轴为积分变量时，对于所述超挖矩阵C或欠挖矩阵Q，依次对矩阵中相邻行的纵坐标进行比较，当矩阵中相邻行的纵坐标差值大于分段阈值I时，提取这两行的纵坐标；
最终形成M行1列的分段矩阵F=[x i ]或F=[y i ]。
当分段矩阵的行数M=0时，整个隧道断面只有一个超挖段落或一个欠挖段落，参见图4，示意的是整个隧道断面只有一个超挖段落；
当M=2时，将整个隧道断面划分成两个段落，参见图5，示意的是整个隧道断面有两个超挖段落。两个段落之间的界线为分段矩阵F中第一个横坐标x i1 所在竖线；
当M＞2时，以分段矩阵中第一行和第M行的横坐标或纵坐标为界，将整个隧道断面划分成三个段落，参见图6，示意的是整个隧道断面有三个超挖段落，三个段落之间的界线分别是分段矩阵F中第一个横坐标x i1 所在竖线和第M个横坐标x im 所在竖线。
本实施例中，以X轴为积分变量时，对于所述超挖矩阵C进行段落划分，依次对矩阵中相邻行的横坐标进行比较，当矩阵中相邻行的横坐标差值大于分段阈值I时，提取这两行的横坐标依次放入分段矩阵F中，本实施例中选取的分段阈值I为0.1，当相邻两行的横坐标差值大于0.1时，说明这两个点被欠挖部分间隔于两个相邻的超挖部分中；最终得到的分段矩阵F行数M大于2，将所有超挖部分划分成三个段落，如图6所示。
对欠挖矩阵Q的段落划分可参照上述步骤执行。
完成段落划分后，对每一个段落的点云实测轮廓线与平面坐标系合围面积进行积分计算。
本实施例中，开挖高度线（即y min 所在水平线）位于横坐标轴上方，y min ＞0，以X轴为积分变量进行梯形法积分计算，参见图3，将需进行积分计算的段落在X轴上划分成T等份（为便于进行说明，图3中示意的是将整个隧道断面划分为一个段落进行计算），该段落与平面坐标系合围面积S根据积分公式1）进行计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
1）；
其中，x min和x max分别代表该段落中点云横坐标的最小值和最大值，f(x i)是横坐标为x i 的点对应的纵坐标y i ，x t 是该段落中第t份梯形的右侧边界的点的横坐标。
步骤E：通过积分分别计算隧道设计轮廓在对应的超挖段落和欠挖段落中与平面坐标系合围面积；
在步骤B中，已通过点云的坐标方位角α i 得知该点云对应的圆弧段，当点云数据中第i个点的坐标方位角落入隧道设计轮廓中第k个圆弧段在平面坐标系中的坐标方位角区间时，通过表达式2）计算该点在隧道设计轮廓中第k个圆弧段对应的设计轮廓坐标（x s ，y s ）：
Figure 306681DEST_PATH_IMAGE001
2）；
其中，x k ，y k 为第k个圆弧段在平面坐标系中的圆心坐标，R k 为第k个圆弧段的半径，α s 为该点相对于第k个圆弧段的圆心的方位角，通过表达式3）进行计算：
Figure 736525DEST_PATH_IMAGE002
3）。
将步骤D中得到的分段矩阵F中的横坐标对应的点云数据代入公式3）中，再将得到的α s 代入公式2）中，计算得到用于分段落的点云在设计轮廓线上对应的设计轮廓坐标。
对设计轮廓进行段落划分时，选取与超挖段落或欠挖段落中进行分段的点云坐标对应的设计轮廓坐标对设计轮廓进行对应分段，如图6所示。
分段后，以与超挖段落或欠挖段落相同的积分方式对设计轮廓段落进行梯形法积分。本实施例中，以X轴为积分变量，对每个超挖部分中超挖段落区间对应的设计轮廓段落进行梯形法积分，计算设计轮廓在该段落与平面坐标系的合围面积，如图6所示。
步骤F：根据步骤D和步骤E中的面积差值，获取每个超挖段落的超挖面积以及每个欠挖段落的欠挖面积。
以X轴为积分变量的情况下，通过表达式4）计算每个段落的超挖面积或欠挖面积S CQ ：
Figure 915834DEST_PATH_IMAGE003
4）；
其中，S D 为该段落的实测点云轮廓与平面坐标系合围面积，通过表达式1）计算得到，S Z1 为该段落实测点云轮廓的横坐标区段与去噪线、平面坐标系合围面积；S S 为该段落的设计轮廓与平面坐标系合围面积，同样通过表达式1）计算得到，S Z2 为该段落设计轮廓的横坐标区段与去噪线、平面坐标系合围面积。
通过表达式4）即可得到每一个超挖段落的超挖面积以及每一个欠挖段落的欠挖面积，便于进行后续的开挖方案指导。分开计算隧道断面超挖面积及欠挖面积，能够快速地向施工单位提供有效的超欠挖信息，便于施工单位及时调整爆破方案，减少超挖、避免红线欠挖等问题，同时能够减少资源浪费，控制施工成本。
整个断面的超欠挖面积等于每个超挖段落的超挖面积以及每个欠挖段落的欠挖面积之和。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别在于：y min ＜0，开挖高度线位于X轴下方，如图7所示。
在步骤C中，根据y i 的数值变化（从小到大）对超挖部分和欠挖部分的数据分别进行排序；最终形成N1行四列的超挖矩阵C和N2行四列的欠挖矩阵Q。并根据横坐标值的正负（即横坐标大于等于0的部分和横坐标小于0的部分），将超挖矩阵C分为第一超挖矩阵C1和第二超挖矩阵C2，将欠挖矩阵Q分为第一欠挖矩阵Q1和第二欠挖矩阵Q2。
在步骤D中，对于所述超挖矩阵C（包括第一超挖矩阵C1和第二超挖矩阵C2）或欠挖矩阵Q（包括第一欠挖矩阵Q1和第二欠挖矩阵Q2），依次对四个矩阵中相邻行的纵坐标进行比较，当矩阵中相邻行的纵坐标差值大于分段阈值I时，提取这两行的纵坐标；
最终形成四个M行1列（四个矩阵中M的数值可能相同也可能不同）的分段矩阵F=[y i ]；用于对Y轴两侧（即横坐标大于等于0的部分和横坐标小于0的部分）的超挖部分和欠挖部分进行段落划分，参见图9，示意了Y轴两侧超挖段落的划分，Y轴两侧分别有三个超挖段落；
以Y轴为积分变量，如图8所示，积分区间为该段落中点云纵坐标y i 的最小值至最大值，所有积分区间中的最小值即为y min +H；同时需对横坐标大于等于0的部分和横坐标小于0的部分根据表达式5）进行分别积分：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
5）；
其中，y min和y max分别代表该段落中点云纵坐标的最小值和最大值，f(y i)是纵坐标为y i 的点云对应的横坐标x i ，y t 是该段落中第t份梯形的上侧边界的点的纵坐标。
在步骤E中，对设计轮廓坐标中，以Y轴为积分变量，将横坐标大于等于0的部分和横坐标小于0的部分进行分别积分；对设计轮廓分段后，以与超挖段落或欠挖段落相同的积分方式对设计轮廓段落进行梯形法积分。
在步骤F中，以Y轴为积分变量的情况下，通过表达式6）计算每个段落的超挖面积或欠挖面积S CQ ：
Figure 377908DEST_PATH_IMAGE004
6）。
其余步骤参照实施例1进行。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种隧道断面超欠挖面积计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：通过三维激光扫描获取隧道断面点云；
步骤B：在隧道断面上建立平面坐标系，对点云进行去噪处理；再计算点云上每个点对应的坐标方位角和超欠挖值；
步骤C：根据超欠挖值将隧道断面区分为超挖部分和欠挖部分；
步骤D：分别对超挖部分和欠挖部分进行分段落积分计算，获取该段落中实测点云轮廓线与平面坐标系合围面积；
步骤E：通过积分分别计算隧道设计轮廓在对应的超挖段落和欠挖段落中与平面坐标系合围面积；
步骤F：根据步骤D和步骤E中的面积差值，获取每个超挖段落的超挖面积以及每个欠挖段落的欠挖面积。
2.根据权利要求1所述的一种隧道断面超欠挖面积计算方法，其特征在于，所述步骤B中，以位于隧道断面拱部的设计轮廓圆弧段的圆心为坐标系原点建立平面坐标系；去噪处理时，以点云的纵坐标排序，获取点云中纵坐标最小值y min ，并去除纵坐标在区间[y min ，y min +H]的点云数据，其中，H为去噪阈值。
3.根据权利要求2所述的一种隧道断面超欠挖面积计算方法，其特征在于，所述步骤B中，将点云数据构建成N行四列的矩阵G=[x i ，y i ，α i ，D i ]，其中N为点云数据中点的总个数，x i 、y i 分别为点云数据中第i个点的横、纵坐标，α i 为点云数据中第i个点的坐标方位角，D i 为点云数据中第i个点的超欠挖值；
所述步骤C中，根据D i 的正负将矩阵G中的数据划分成超挖部分和欠挖部分；当y min ≥0时，根据x i 的数值变化对超挖部分和欠挖部分的数据分别进行排序；当y min ＜0时，根据y i 的数值变化对超挖部分和欠挖部分的数据分别进行排序；最终形成N1行四列的超挖矩阵C和N2行四列的欠挖矩阵Q，且N1+N2=N。
4.根据权利要求3所述的一种隧道断面超欠挖面积计算方法，其特征在于，所述步骤D中，当y min ≥0时，以X轴为积分变量，积分区间为该段落中点云横坐标的最小值至最大值；当y min ＜0时，以Y轴为积分变量，积分区间为该段落中点云纵坐标的最小值至最大值。
5.根据权利要求4所述的一种隧道断面超欠挖面积计算方法，其特征在于，所述步骤D中，以X轴为积分变量时，对于所述超挖矩阵C或欠挖矩阵Q，依次对矩阵中相邻行的横坐标进行比较，当矩阵中相邻行的横坐标差值大于分段阈值I时，提取这两行的横坐标；
以Y轴为积分变量时，对于所述超挖矩阵C或欠挖矩阵Q，依次对矩阵中相邻行的纵坐标进行比较，当矩阵中相邻行的纵坐标差值大于分段阈值I时，提取这两行的纵坐标；
最终形成M行1列的分段矩阵F=[x i ]或F=[y i ]。
6.根据权利要求5所述的一种隧道断面超欠挖面积计算方法，其特征在于，当分段矩阵的行数M=0时，整个隧道断面只有一个超挖段落或一个欠挖段落；
当M=2时，将整个隧道断面划分成两个段落；
当M＞2时，以分段矩阵中第一行和第M行的横坐标或纵坐标为界，将整个隧道断面划分成三个段落。
7.根据权利要求5所述的一种隧道断面超欠挖面积计算方法，其特征在于，所述步骤E中，当点云数据中第i个点的坐标方位角落入隧道设计轮廓中第k个圆弧段在平面坐标系中的坐标方位角区间时，通过表达式2）计算该点在隧道设计轮廓中第k个圆弧段对应的设计轮廓坐标（x s ，y s ）：
Figure 983145DEST_PATH_IMAGE001
2）；
其中，x k ，y k 为第k个圆弧段在平面坐标系中的圆心坐标，R k 为第k个圆弧段的半径，α s 为该点相对于第k个圆弧段的圆心的方位角，通过表达式3）进行计算：
Figure 914192DEST_PATH_IMAGE002
3）。
8.根据权利要求7所述的一种隧道断面超欠挖面积计算方法，其特征在于，所述步骤E中，对设计轮廓进行段落划分时，选取与超挖段落或欠挖段落中进行分段的点云坐标对应的设计轮廓坐标对设计轮廓进行对应分段。
9.根据权利要求6所述的一种隧道断面超欠挖面积计算方法，其特征在于，所述步骤F中，以X轴为积分变量的情况下，通过表达式4）计算每个段落的超挖面积或欠挖面积S CQ ：
Figure 668522DEST_PATH_IMAGE003
4）；
其中，S D 为该段落的实测点云轮廓与平面坐标系合围面积，S Z1 为该段落实测点云轮廓的横坐标区段与去噪线、平面坐标系合围面积；S S 为该段落的设计轮廓与平面坐标系合围面积，S Z2 为该段落设计轮廓的横坐标区段与去噪线、平面坐标系合围面积；
以Y轴为积分变量的情况下，通过表达式6）计算每个段落的超挖面积或欠挖面积S CQ ：
Figure 405534DEST_PATH_IMAGE004
6）。
10.根据权利要求1所述的一种隧道断面超欠挖面积计算方法，其特征在于，所述步骤D和步骤E中，采用梯形法进行积分计算，整个断面的超欠挖面积等于每个超挖段落的超挖面积以及每个欠挖段落的欠挖面积之和。
CN202210168396.5A 2022-02-24 2022-02-24 一种隧道断面超欠挖面积计算方法 Active CN114241035B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210168396.5A CN114241035B (zh) 2022-02-24 2022-02-24 一种隧道断面超欠挖面积计算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210168396.5A CN114241035B (zh) 2022-02-24 2022-02-24 一种隧道断面超欠挖面积计算方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114241035A true CN114241035A (zh) 2022-03-25
CN114241035B CN114241035B (zh) 2022-05-27

Family

ID=80747909

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210168396.5A Active CN114241035B (zh) 2022-02-24 2022-02-24 一种隧道断面超欠挖面积计算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114241035B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106401643A (zh) * 2016-08-31 2017-02-15 铁道第三勘察设计院集团有限公司 基于激光点云的隧道超欠挖检测方法
CN108871268A (zh) * 2018-07-13 2018-11-23 湖南联智桥隧技术有限公司 一种基于激光点云的隧道超欠挖数值计算方法
CN109191521A (zh) * 2018-12-05 2019-01-11 中国铁建重工集团有限公司 一种隧道点云数据分析方法及系统
CN109407111A (zh) * 2018-09-27 2019-03-01 长沙科达智能装备股份有限公司 一种隧道三维扫描机特征识别的方法
CN109470205A (zh) * 2018-12-18 2019-03-15 上海华测导航技术股份有限公司 一种用于判定隧道超欠挖的测量方法
CN109598714A (zh) * 2018-12-03 2019-04-09 中南大学 一种基于图像三维重建及网格曲面的隧道超欠挖检测方法
CN110030951A (zh) * 2019-05-14 2019-07-19 武汉大学 一种基于三维激光扫描技术的引水竖井缺陷检测方法
CN110409369A (zh) * 2019-05-29 2019-11-05 水电水利规划设计总院 边坡开挖数字化施工与质量控制方法
CN113970291A (zh) * 2021-09-23 2022-01-25 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 一种基于三维激光扫描的地下洞室围岩超欠挖量的快速测量方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106401643A (zh) * 2016-08-31 2017-02-15 铁道第三勘察设计院集团有限公司 基于激光点云的隧道超欠挖检测方法
CN108871268A (zh) * 2018-07-13 2018-11-23 湖南联智桥隧技术有限公司 一种基于激光点云的隧道超欠挖数值计算方法
CN109407111A (zh) * 2018-09-27 2019-03-01 长沙科达智能装备股份有限公司 一种隧道三维扫描机特征识别的方法
CN109598714A (zh) * 2018-12-03 2019-04-09 中南大学 一种基于图像三维重建及网格曲面的隧道超欠挖检测方法
CN109191521A (zh) * 2018-12-05 2019-01-11 中国铁建重工集团有限公司 一种隧道点云数据分析方法及系统
WO2020114466A1 (zh) * 2018-12-05 2020-06-11 中国铁建重工集团股份有限公司 一种隧道点云数据分析方法及系统
CN109470205A (zh) * 2018-12-18 2019-03-15 上海华测导航技术股份有限公司 一种用于判定隧道超欠挖的测量方法
CN110030951A (zh) * 2019-05-14 2019-07-19 武汉大学 一种基于三维激光扫描技术的引水竖井缺陷检测方法
CN110409369A (zh) * 2019-05-29 2019-11-05 水电水利规划设计总院 边坡开挖数字化施工与质量控制方法
CN113970291A (zh) * 2021-09-23 2022-01-25 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 一种基于三维激光扫描的地下洞室围岩超欠挖量的快速测量方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GRANT B.DEANE等: "Deterministic forward scatter from surface gravity waves", 《THE JOURNAL OF THE ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA》 *
李瑶等: "基于三维激光扫描技术的超欠挖算法在隧道开挖中的应用", 《铁道标准设计》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114241035B (zh) 2022-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106408604A (zh) 一种点云数据的滤波方法及装置
CN110568440B (zh) 一种基于DS-InSAR技术监测复杂山区形变的方法
CN104200496B (zh) 最小二乘邻边垂直拟合的矩形标志符高精度检测定位方法
CN107784646A (zh) 一种路用集料的自适应检测方法
CN110264397B (zh) 一种提取鱼眼图像的有效区域的方法和装置
CN109870459A (zh) 无砟轨道的轨道板裂缝检测方法
CN110726998B (zh) 一种激光雷达扫描测定矿区采煤塌陷盆地的方法
CN106096497B (zh) 一种针对多元遥感数据的房屋矢量化方法
CN109859187B (zh) 一种爆堆矿岩颗粒图像分割方法
CN102436654A (zh) 建筑点云的自适应分割方法
CN107133963A (zh) 图像处理方法以及装置、渣片分布分析的方法及装置
WO2022227486A1 (zh) 一种基于人工智能的遥感田埂界线检测方法、系统、计算机设备及存储介质
CN111553886B (zh) 一种沥青混合料ct图像中颗粒的自适应识别方法
CN111462119B (zh) 一种基于机器视觉的宽厚板剪切排样方法
CN114459378A (zh) 一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法及测量系统
CN114241035B (zh) 一种隧道断面超欠挖面积计算方法
CN109410183A (zh) 基于点云数据的平面提取方法、系统、装置及存储介质
CN114862715A (zh) 一种融合地形特征语义信息的tin渐进加密去噪方法
CN111476792A (zh) 一种板带钢图像轮廓的提取方法
CN110819751A (zh) 一种基于雷达数据处理的高炉料线获取方法及装置
CN115660186A (zh) 一种极不规则工作面开采地表移动与变形预测方法
CN110706264B (zh) 一种基于声呐点云数据的水下施工控制事件自动获取方法
CN114491721A (zh) 一种光伏组件排布方法及装置
CN113933306A (zh) 一种基于无人机进行数据采集的码头结构可靠性分析方法
CN106446379A (zh) 基于概率积分法的任意开采工作面地表移动变形预计方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant