CN114459378A - 一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法及测量系统 - Google Patents

一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法及测量系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114459378A
CN114459378A CN202210140388.XA CN202210140388A CN114459378A CN 114459378 A CN114459378 A CN 114459378A CN 202210140388 A CN202210140388 A CN 202210140388A CN 114459378 A CN114459378 A CN 114459378A
Authority
CN
China
Prior art keywords
point cloud
cloud data
dimensional laser
laser scanning
tunnel
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.)
Pending
Application number
CN202210140388.XA
Other languages
English (en)
Inventor
李冠鹏
屈讼昭
罗从双
翟聚云
薛娜
杨英
王睿珺
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.)
Henan University of Urban Construction
Original Assignee
Henan University of Urban Construction
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 Henan University of Urban Construction filed Critical Henan University of Urban Construction
Priority to CN202210140388.XA priority Critical patent/CN114459378A/zh
Publication of CN114459378A publication Critical patent/CN114459378A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法及测量系统，涉及隧道测量技术领域，按照三维激光扫描系统的扫描范围均分区域，对隧道工程进行分段扫描，保障点云密度均匀，并采用粗配准和精配准对多个空间点云数据进行拼接，获取完整的空间点云数据，分区扫描的方式使得扫描结果的精准性提高，采用点云拼接方式进行粗配准和细配准，避免数据冗余，本发明设置多个扫描点进行三维激光扫描，解决了单站扫描时间长的问题。并对多点扫描的空间点云数据进行拼接，根据拼接后的空间点云数据进行坐标系的构建，获得精准的三维测量模型。

Description

一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法及测量系统
技术领域
本发明涉及隧道测量技术领域，特别涉及一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法及测量系统。
背景技术
隧道是修建在地下或水下或者在山体中，铺设铁路或修筑公路供机动车辆通行的建筑物。根据其所在位置可分为山岭隧道、水下隧道和城市隧道三大类。为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道；为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道；为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道。这三类隧道中修建最多的是山岭隧道。
隧道的建设过程主要为隧道规划、勘测、设计、贯通控制测量和施工等工作。而其中，隧道测量是为了保证测量的中线和高程在隧道贯通面处的偏差不超出规定的限值。现有技术中隧道测量是使用三维激光扫描仪进行隧道断面全景扫描，而全景扫描法存在扫描点云密度极度不均、冗余数据多、单站扫描时间较长的特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法及测量系统，对隧道工程进行分段扫描，设置多个扫描点进行三维激光扫描，并对多点扫描的空间点云数据进行拼接，根据拼接后的空间点云数据进行坐标系的构建，获得精准的三维测量模型。
本发明提供了一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法，包括以下步骤：
根据三维激光扫描系统的扫描范围在隧道周边布设若干个扫描点，每个扫描点处均设置三维激光扫描系统；
若干个三维激光扫描系统采集目标隧道的空间点云数据；
对若干个三维激光扫描系统采集的空间点云数据进行点云拼接，获取完整的空间点云数据；
将所述完整的空间点云数据沿隧道延伸方向分割成多个区分段，针对每个区分段分级构建坐标系，按坐标系构造多边形；
根据多边形组建隧道工程三维测量模型。
进一步地，所述将所述完整的空间点云数据沿隧道延伸方向分割成多个区分段，针对每个区分段分级构建坐标系，按坐标系构造多边形的步骤，包括：
将所述区分段内的空间点云数据投影到同一平面内并构建平面直角坐标系，其中，所述空间点云数据均位于平面直角坐标系的第一象限内；
在所述空间点云数据中提取目标点，所述目标点为：与X轴间距最小的点、与X轴间距最大的点、与Y轴间距最小的点和与Y轴间距最大的点；
计算所述目标点的X轴坐标的中值及Y轴坐标的中值，以X轴坐标的中值及Y轴坐标的中值为原点，构建第二平面直角坐标系；
根据所述目标点在第二平面直角坐标系的分布情况构造多边形。
进一步地，所述根据多边形组建隧道工程三维测量模型的步骤，包括：
获取多边形的表面积数据和体积数据；
根据多边形的表面积数据和体积数据构建三维测量模型。
进一步地，所述根据三维激光扫描系统的扫描范围在隧道周边布设若干个扫描点，每个扫描点处均设置三维激光扫描系统的步骤，包括：
选取三维激光扫描系统，并确定三维激光扫描系统的扫描范围；
根据三维激光扫描系统的扫描范围对隧道工程进行划分，每个划分区域内均布设扫描点，保障每个三维激光扫描系统的扫描范围之间没有空隙。
进一步地，所述对若干个三维激光扫描系统采集的空间点云数据进行点云拼接，获取完整的空间点云数据的步骤，包括：
获取每个扫描点处获取的空间点云数据的快速点特征直方图；
利用特征相似性进行相邻每两组空间点云数据之间的点云粗配准；
利用精拼接算法对粗配准后的点云数据做精配准；
根据精配准结果对若干组电缆沟道点云数据进行点云拼接，获得完整的空间点云数据。
进一步地，所述利用特征相似性进行相邻每两组空间点云数据之间的点云粗配准的步骤，包括：
在三维激光扫描系统内设置电子罗盘；
获取至少一个三维激光扫描系统中的两份电子罗盘数据；
根据两份所述电子罗盘数据的差值确定所述粗拼接转换参数中的所述Z轴旋转参数；
根据三维激光扫描系统获取的空间点云数据及Z轴旋转参数，求解获得粗拼接转换参数，进行点云粗配准。
进一步地，应用一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法的测量系统，包括：
若干个三维激光扫描单元：分段获取目标隧道的空间点云数据；
点云数据拼接单元：对若干个三维激光扫描单元采集的空间点云数据进行点云拼接，获取完整的空间点云数据；
坐标系构建单元：将所述完整的空间点云数据沿隧道延伸方向分割成多个区分段，针对每个区分段分级构建坐标系，按坐标系构造多边形；
模型构建单元：根据多边形组建隧道工程三维测量模型。
与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
本发明提出的一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法及测量系统，按照三维激光扫描系统的扫描范围均分区域，对隧道工程进行分段扫描，保障点云密度均匀，并采用粗配准和精配准对多个空间点云数据进行拼接，获取完整的空间点云数据，分区扫描的方式使得扫描结果的精准性提高，采用点云拼接方式进行粗配准和细配准，避免数据冗余，本发明设置多个扫描点进行三维激光扫描，解决了单站扫描时间长的问题。并对多点扫描的空间点云数据进行拼接，根据拼接后的空间点云数据进行坐标系的构建，获得精准的三维测量模型。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法的方法流程图。
具体实施方式
下面结合本发明中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例1
参照图1，本发明提供了一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法，包括以下步骤：
步骤1：根据三维激光扫描系统的扫描范围在隧道周边布设若干个扫描点，每个扫描点处均设置三维激光扫描系统的步骤，包括：
步骤101：选取三维激光扫描系统，并确定三维激光扫描系统的扫描范围；
步骤102：根据三维激光扫描系统的扫描范围对隧道工程进行划分，每个划分区域内均布设扫描点，保障每个三维激光扫描系统的扫描范围之间没有空隙。
步骤2：若干个三维激光扫描系统采集目标隧道的空间点云数据；
步骤3：对若干个三维激光扫描系统采集的空间点云数据进行点云拼接，获取完整的空间点云数据的步骤，包括：
步骤301：获取每个扫描点处获取的空间点云数据的快速点特征直方图；
步骤302：利用特征相似性进行相邻每两组空间点云数据之间的点云粗配准；
步骤303：利用精拼接算法对粗配准后的点云数据做精配准；
步骤304：根据精配准结果对若干组电缆沟道点云数据进行点云拼接，获得完整的空间点云数据。
其中，所述步骤302：利用特征相似性进行相邻每两组空间点云数据之间的点云粗配准的步骤，包括：
步骤3021：在三维激光扫描系统内设置电子罗盘；
步骤3022：获取至少一个三维激光扫描系统中的两份电子罗盘数据；
步骤3023：根据两份所述电子罗盘数据的差值确定所述粗拼接转换参数中的所述Z轴旋转参数；
步骤3024：根据三维激光扫描系统获取的空间点云数据及Z轴旋转参数，求解获得粗拼接转换参数，进行点云粗配准。
步骤4：将所述完整的空间点云数据沿隧道延伸方向分割成多个区分段，针对每个区分段分级构建坐标系，按坐标系构造多边形的步骤，包括：
步骤401：将所述区分段内的空间点云数据投影到同一平面内并构建平面直角坐标系，其中，所述空间点云数据均位于平面直角坐标系的第一象限内；
步骤402：在所述空间点云数据中提取目标点，所述目标点为：与X轴间距最小的点、与X轴间距最大的点、与Y轴间距最小的点和与Y轴间距最大的点；
步骤403：计算所述目标点的X轴坐标的中值及Y轴坐标的中值，以X轴坐标的中值及Y轴坐标的中值为原点，构建第二平面直角坐标系；
步骤404：根据所述目标点在第二平面直角坐标系的分布情况构造多边形。
步骤5：根据多边形组建隧道工程三维测量模型的步骤，包括：
步骤501：获取多边形的表面积数据和体积数据；
步骤502：根据多边形的表面积数据和体积数据构建三维测量模型。
本发明实施例提供的一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法的测量系统，包括：
若干个三维激光扫描单元：分段获取目标隧道的空间点云数据；
点云数据拼接单元：对若干个三维激光扫描单元采集的空间点云数据进行点云拼接，获取完整的空间点云数据；
坐标系构建单元：将所述完整的空间点云数据沿隧道延伸方向分割成多个区分段，针对每个区分段分级构建坐标系，按坐标系构造多边形；
模型构建单元：根据多边形组建隧道工程三维测量模型。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据三维激光扫描系统的扫描范围在隧道周边布设若干个扫描点，每个扫描点处均设置三维激光扫描系统；
若干个三维激光扫描系统采集目标隧道的空间点云数据；
对若干个三维激光扫描系统采集的空间点云数据进行点云拼接，获取完整的空间点云数据；
将所述完整的空间点云数据沿隧道延伸方向分割成多个区分段，针对每个区分段分级构建坐标系，按坐标系构造多边形；
根据多边形组建隧道工程三维测量模型。
2.如权利要求1所述的一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法，其特征在于，所述将所述完整的空间点云数据沿隧道延伸方向分割成多个区分段，针对每个区分段分级构建坐标系，按坐标系构造多边形的步骤，包括：
将所述区分段内的空间点云数据投影到同一平面内并构建平面直角坐标系，其中，所述空间点云数据均位于平面直角坐标系的第一象限内；
在所述空间点云数据中提取目标点，所述目标点为：与X轴间距最小的点、与X轴间距最大的点、与Y轴间距最小的点和与Y轴间距最大的点；
计算所述目标点的X轴坐标的中值及Y轴坐标的中值，以X轴坐标的中值及Y轴坐标的中值为原点，构建第二平面直角坐标系；
根据所述目标点在第二平面直角坐标系的分布情况构造多边形。
3.如权利要求2所述的一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法，其特征在于，所述根据多边形组建隧道工程三维测量模型的步骤，包括：
获取多边形的表面积数据和体积数据；
根据多边形的表面积数据和体积数据构建三维测量模型。
4.如权利要求1所述的一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法，其特征在于，所述根据三维激光扫描系统的扫描范围在隧道周边布设若干个扫描点，每个扫描点处均设置三维激光扫描系统的步骤，包括：
选取三维激光扫描系统，并确定三维激光扫描系统的扫描范围；
根据三维激光扫描系统的扫描范围对隧道工程进行划分，每个划分区域内均布设扫描点，保障每个三维激光扫描系统的扫描范围之间没有空隙。
5.如权利要求1所述的一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法，其特征在于，所述对若干个三维激光扫描系统采集的空间点云数据进行点云拼接，获取完整的空间点云数据的步骤，包括：
获取每个扫描点处获取的空间点云数据的快速点特征直方图；
利用特征相似性进行相邻每两组空间点云数据之间的点云粗配准；
利用精拼接算法对粗配准后的点云数据做精配准；
根据精配准结果对若干组电缆沟道点云数据进行点云拼接，获得完整的空间点云数据。
6.如权利要求5所述的一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法，其特征在于，所述利用特征相似性进行相邻每两组空间点云数据之间的点云粗配准的步骤，包括：
在三维激光扫描系统内设置电子罗盘；
获取至少一个三维激光扫描系统中的两份电子罗盘数据；
根据两份所述电子罗盘数据的差值确定所述粗拼接转换参数中的所述Z轴旋转参数；
根据三维激光扫描系统获取的空间点云数据及Z轴旋转参数，求解获得粗拼接转换参数，进行点云粗配准。
7.应用如权利要求1所述的一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法的测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：
若干个三维激光扫描单元：分段获取目标隧道的空间点云数据；
点云数据拼接单元：对若干个三维激光扫描单元采集的空间点云数据进行点云拼接，获取完整的空间点云数据；
坐标系构建单元：将所述完整的空间点云数据沿隧道延伸方向分割成多个区分段，针对每个区分段分级构建坐标系，按坐标系构造多边形；
模型构建单元：根据多边形组建隧道工程三维测量模型。
CN202210140388.XA 2022-02-16 2022-02-16 一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法及测量系统 Pending CN114459378A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210140388.XA CN114459378A (zh) 2022-02-16 2022-02-16 一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法及测量系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210140388.XA CN114459378A (zh) 2022-02-16 2022-02-16 一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法及测量系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114459378A true CN114459378A (zh) 2022-05-10

Family

ID=81414230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210140388.XA Pending CN114459378A (zh) 2022-02-16 2022-02-16 一种隧道工程三维激光扫描分段测量方法及测量系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114459378A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115908182A (zh) * 2022-11-25 2023-04-04 哈尔滨鑫润工业有限公司 基于数字化模型的模具磨损修复方法
CN116754039A (zh) * 2023-08-16 2023-09-15 四川吉埃智能科技有限公司 地面坑体土方量检测方法
CN117470106A (zh) * 2023-12-27 2024-01-30 中铁四局集团第二工程有限公司 狭小空间点云绝对数据采集方法以及模型建立设备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103175484A (zh) * 2012-12-17 2013-06-26 谢鸿宇 一种基于三维激光扫描系统的树冠测量方法
CN109141384A (zh) * 2017-11-13 2019-01-04 上海华测导航技术股份有限公司 对地铁隧道完工后的检测前数据的采集和预处理方法
CN109345620A (zh) * 2018-08-13 2019-02-15 浙江大学 融合快速点特征直方图的改进icp待测物体点云拼接方法
CN109781076A (zh) * 2017-11-13 2019-05-21 上海华测导航技术股份有限公司 对隧道检测前数据的预处理和实地动态检测系统
CN111161327A (zh) * 2019-12-31 2020-05-15 电子科技大学 一种结合旋转平台和icp的点云配准方法
CN113763570A (zh) * 2020-06-01 2021-12-07 武汉海云空间信息技术有限公司 隧道点云高精度快速自动拼接方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103175484A (zh) * 2012-12-17 2013-06-26 谢鸿宇 一种基于三维激光扫描系统的树冠测量方法
CN109141384A (zh) * 2017-11-13 2019-01-04 上海华测导航技术股份有限公司 对地铁隧道完工后的检测前数据的采集和预处理方法
CN109781076A (zh) * 2017-11-13 2019-05-21 上海华测导航技术股份有限公司 对隧道检测前数据的预处理和实地动态检测系统
CN109345620A (zh) * 2018-08-13 2019-02-15 浙江大学 融合快速点特征直方图的改进icp待测物体点云拼接方法
CN111161327A (zh) * 2019-12-31 2020-05-15 电子科技大学 一种结合旋转平台和icp的点云配准方法
CN113763570A (zh) * 2020-06-01 2021-12-07 武汉海云空间信息技术有限公司 隧道点云高精度快速自动拼接方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈茂霖;卢维欣;万幼川;田思忆;杨威;: "无附加信息的地面激光点云自动拼接方法", 中国激光, no. 04 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115908182A (zh) * 2022-11-25 2023-04-04 哈尔滨鑫润工业有限公司 基于数字化模型的模具磨损修复方法
CN115908182B (zh) * 2022-11-25 2023-12-29 哈尔滨鑫润工业有限公司 基于数字化模型的模具磨损修复方法
CN116754039A (zh) * 2023-08-16 2023-09-15 四川吉埃智能科技有限公司 地面坑体土方量检测方法
CN116754039B (zh) * 2023-08-16 2023-10-20 四川吉埃智能科技有限公司 地面坑体土方量检测方法
CN117470106A (zh) * 2023-12-27 2024-01-30 中铁四局集团第二工程有限公司 狭小空间点云绝对数据采集方法以及模型建立设备
CN117470106B (zh) * 2023-12-27 2024-04-12 中铁四局集团有限公司 狭小空间点云绝对数据采集方法以及模型建立设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
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
CN111429498B (zh) 一种基于点云和影像融合技术的铁路营业线三维中线制作方法
US9384399B2 (en) Method and system for processing image data obtained from scanning a network infrastructure
CN108629228B (zh) 一种道路对象识别方法和装置
CN109143257A (zh) 无人机机载雷达矿山开采土地变化监测系统及方法
CN110780307B (zh) 基于电瓶车车载式激光点云移动测量系统获取道路横断面的方法
CN102620721B (zh) 一种基于精细数字地面模型的公路测设方法
De Smith Determination of gradient and curvature constrained optimal paths
CN108362216B (zh) 一种测量数据采集与处理方法
CN113537141B (zh) 一种堤坝管涌和滑坡病害快速检测方法及系统
CN112033385B (zh) 一种基于海量点云数据的桥墩位姿测量方法
CN115718305A (zh) 一种激光点云公路断面处理方法、装置、设备及存储介质
CN110706153B (zh) 一种基于原始点云数据的隧道断面快速提取方法
CN114859374A (zh) 基于无人机激光点云和影像融合的新建铁路交叉测量方法
CN111291144B (zh) 一种道路交叉口位置和覆盖范围检测框架方法
Shen et al. A novel baseline-based method to detect local structural changes in masonry walls using dense terrestrial laser scanning point clouds
CN110148218B (zh) 一种大批量机载LiDAR点云数据整体优化的方法
CN115628720A (zh) 一种智能三维地形图测绘方法及系统
CN114937136A (zh) 一种多场景三维模型和3d点云坐标转化体系
CN115700777A (zh) 一种基于无人机和数字地表模型的公路施工阶段预测方法
CN112967256A (zh) 一种基于空间分布的隧道椭圆化检测方法
CN117315273B (zh) 基于点云数据道路纵横断面的自动提取方法
Skwirosz et al. The Inventory and Recording of Historic Buildings Using Laser Scanning and Spatial Systems
DOWAJY et al. Comparative Analysis of Road Scanning Techniques
CN116935231B (zh) 一种隧道围岩结构面信息提取及关键块体识别方法

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