CN114754716B - 管片错台测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道测量技术领域，具体而言，涉及一种管片错台测量方法。管片错台测量方法包括：采集隧道衬砌内表面表征管片的数据；将采集到的数据按照所属管片进行分类，并确定每个管片的位置和几何参数；根据每个管片的参数，计算相邻的管片的错台量。该管片错台测量方法的测量精度高，能够减小测量误差，并便于全面了解隧道错台情况。
Description
技术领域
本发明涉及隧道测量技术领域，具体而言，涉及一种管片错台测量方法。
背景技术
盾构法作为一种安全、快速、高质量的隧道修建方法被广泛应用于城市地铁隧道的修建。当前用于测量管片错台的方法一般采用直尺、全站仪或断面仪等抽样检测的手段，抽样检测的方法存在的误差大，而且无法全面了解隧道错台情况。也有使用三维激光扫描技术测量管片错台的方法，但是这类方法都是基于衬砌整体进行圆拟合或者椭圆拟合计算错台量，这种方法并不能正确测量管片的错台。
发明内容
本发明的目的包括，例如，提供了一种管片错台测量方法，其能够减小测量误差，且测量精度高，能够全面了解隧道错台情况。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明提供一种管片错台测量方法，包括：
采集隧道衬砌内表面表征管片的数据；
将采集到的数据按照所属管片进行分类，并确定每个管片的位置和几何参数；
根据每个管片的参数，计算相邻的管片的错台量。
在可选的实施方式中，计算相邻的管片的错台量的步骤包括：
两相邻的管片分别为第一管片和第二管片，第一管片和第二管片相邻的边界分别为第一边界和第二边界；
将第二管片与第一管片相邻的边界转换至第一管片的局部坐标系O′中，并在局部坐标系O′中确定第一管片和第二管片相邻边界的范围以确定计算错台量的范围；
第一管片中所有的点到坐标系O′的y′轴的距离等于第一管片所在圆柱面的半径R1，计算第二边界中的点在坐标系O′中到y′轴的距离d，则第二边界中的点的错台量为d-R1。
在可选的实施方式中，每个管片的局部坐标系均是以管片的起始点为坐标系的原点。
在可选的实施方式中，管片的局部坐标系的y轴与管片的轴线方向相同，且指向盾构前进的方向；管片的局部坐标系的x轴为水平方向，且平面y-O-z是一个竖直的平面。
在可选的实施方式中，计算第二边界中的点在坐标系O′中到y′轴的距离d，则第二边界中的点的错台量为d-R1的步骤包括：
针对第一管片和第二管片已知坐标系的原点坐标分别为O′(x1，y1，z1)和O″(x2，y2，z2)，y轴方向分别为和/>以及管片的位置α和尺寸参数αA；
计算管片的错台量需要将第一管片和第二管片的边界坐标转换至同一坐标系中进行对比，根据已知量以及管片的局部坐标系的约束条件，将坐标系O″中一点P(x″，y″，z″)转换至坐标系O′中P(x′，y′，z′)；
通过上述坐标转换将第二边界与第一边界同时放在坐标系O′中，通过特征点计算出二者的重合区间；第二边界中的点到y′轴的距离减去第一管片的半径即为点的错台量。
在可选的实施方式中，将坐标系O″中一点P(x″，y″，z″)转换至坐标系O′中P(x′，y′，z′)的步骤包括：
将点P转换至工程坐标系中：
将工程坐标系中的P点坐标转换至坐标系O′中：
其中，Mx和Mz分别为绕x轴和z轴的旋转矩阵，Mx和Mz及的计算步骤如下：
其中，α为旋转的角度。
在可选的实施方式中，在将采集到的数据进行分类时，按照数据所属的管片及拼装缝进行分类。
在可选的实施方式中，在采集隧道衬砌内表面表征管片的数据时，采用测站式扫描仪或移动式扫描仪获取衬砌内轮廓的所有点，并识别每个管片。
在可选的实施方式中，采集隧道衬砌内表面表征管片的数据为点云数据，且点云密度大于1个点每平方厘米。
本发明实施例的有益效果包括：
该管片错台测量方法包括：采集隧道衬砌内表面表征管片的数据；将采集到的数据进行分类，并确定每个管片的位置和几何参数；根据每个管片的参数，计算相邻的管片的边界的错台量。该管片错台测量方法的测量精度高，能够减小测量误差，并便于全面了解隧道错台情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中管片错台测量方法的步骤图；
图2为本发明实施例中管片的参数的示意图；
图3为本发明实施例中错台计算参数的示意图。
图标：11-第一管片；12-第二管片；13-第一边界；14-第二边界。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
请参考图1-图3，本实施例提供了一种管片错台测量方法，包括：
S1：采集隧道衬砌内表面表征管片的数据；
S2：将采集到的数据按照所属管片进行分类，并确定每个管片的位置和几何参数；
S3：根据每个管片的参数，计算相邻的管片的错台量。
需要说明的是，在确定每个管片的参数时，由于管片的内表面是圆柱面的一部分，故可以根据点云拟合圆柱确定管片的参数，并根据点云控制管片的边界，最后获取的每个管片的参数。
该管片错台测量方法的测量精度高，能够减小测量误差，并便于全面了解隧道错台情况。
进一步地，请参考图1-图3，在本实施例中，计算相邻的管片的错台量的步骤包括：
两相邻的管片分别为第一管片11和第二管片12，第一管片11和第二管片12相邻的边界分别为第一边界13和第二边界14；
将第二管片12与第一管片11相邻的边界转换至第一管片11的局部坐标系O′中，并在局部坐标系O′中确定第一管片11和第二管片12相邻边界的范围以确定计算错台量的范围；
第一管片11中所有的点到坐标系O′的y′轴的距离等于第一管片11所在圆柱面的半径R1，计算第二边界14中的点在坐标系O′中到y′轴的距离d，则第二边界14中的点的错台量为d-R1。
其中，在建立局部坐标系时，每个管片的局部坐标系均是以管片的起始点为坐标系的原点。而且管片的局部坐标系的y轴与管片的轴线方向相同，且指向盾构前进的方向(如图2中箭头A所示)；管片的局部坐标系的x轴为水平方向，且平面y-O-z是一个竖直的平面。
进一步地，计算第二边界14中的点在坐标系O′中到y′轴的距离d，则第二边界14中的点的错台量为d-R1的步骤包括：
针对第一管片11和第二管片12已知坐标系的原点坐标分别为O′(x1，y1，z1)和O″(x2，y2，z2)，y轴方向分别为和/> 以及管片的位置α和尺寸参数αA；
计算管片的错台量需要将第一管片11和第二管片12的边界坐标转换至同一坐标系中进行对比，根据已知量以及管片的局部坐标系的约束条件，将坐标系O″中一点P(x″，y″，z″)转换至坐标系O′中P(x′，y′，z′)；
通过上述坐标转换将第二边界14与第一边界13同时放在坐标系O′中，通过特征点计算出二者的重合区间；第二边界14中的点到y′轴的距离减去第一管片11的半径即为点的错台量。
在可选的实施方式中，将坐标系O″中一点P(x″，y″，z″)转换至坐标系O′中P(x′，y′，z′)的步骤包括：
将点P转换至工程坐标系中：
将工程坐标系中的P点坐标转换至坐标系O′中：
其中，Mx和Mz分别为绕x轴和z轴的旋转矩阵，Mx和Mz及的计算步骤如下：
其中，α为旋转的角度。
在本实施例中，在将采集到的数据进行分类时，按照数据所属的管片及拼装缝进行分类。具体的，选择一段衬砌的点云数据，拟合这一段衬砌所在的圆柱面，然后将点云数据按照圆柱面生成展开图。
并且在采集隧道衬砌内表面表征管片的数据时，采用测站式扫描仪或移动式扫描仪获取衬砌内轮廓的所有点，并识别每个管片。采集隧道衬砌内表面表征管片的数据为点云数据，点云数据可以获取衬砌内轮廓的所有点，可以识别每个管片，且点云密度大于1个点每平方厘米。由此，通过这样的扫描技术，可以在短时间内获取高密度点云数据，在盾构隧道中可以获取完整衬砌内表面的点云数据，从全息点云数据中可以获得管片的详细信息，从而计算管片的错台。
基于上述内容，计算衬砌环内错台的方法与上述方法一致。该方法完全基于拟合的结果进行错台的计算，在拟合的结果中包含完整的管片边界同时排除了噪点对结果的影响，可以全面及快速的提供管片错台检测结果，并可以直观及全息的展示所有管片拼装缝处的错台值。
综上，该管片错台测量方法用于计算错台的参数是根据管片点云数据拟合获得的，通过大量点的拟合可以提高测量精度，减少单点测量误差对结果的影响；而且拟合出的参数已经排除了管片中的噪点，在管片边界掉块和遮挡等造成管片边界缺失的情况下，依旧可以获得正确的结果；还可以获得全息的错台检测结果，了解全面的信息，准确掌握最不利情况。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种管片错台测量方法，其特征在于，包括：
采集隧道衬砌内表面表征管片的数据；
将采集到的所述数据按照所属所述管片进行分类，并确定每个所述管片的位置和几何参数；
根据每个所述管片的参数，计算相邻的所述管片的错台量；
所述计算相邻的所述管片的错台量的步骤，包括：
两相邻的所述管片分别为第一管片和第二管片，所述第一管片和所述第二管片相邻的边界分别为第一边界和第二边界；
将所述第二管片与所述第一管片相邻的边界转换至所述第一管片的局部坐标系中，并在局部坐标系/>中确定所述第一管片和所述第二管片相邻边界的范围以确定计算错台量的范围；
所述第一管片中所有的点到坐标系轴的距离等于所述第一管片所在圆柱面的半径/>，计算所述第二边界中的点在坐标系/>中到/>轴的距离d，则所述第二边界中的点的错台量为/>；
每个所述管片的局部坐标系均是以所述管片的起始点为坐标系的原点；
所述管片的局部坐标系的y轴与所述管片的轴线方向相同，且指向盾构前进的方向；所述管片的局部坐标系的x轴为水平方向，且平面y-O-z是一个竖直的平面；
所述计算所述第二边界中的点在坐标系中到/>轴的距离d，则所述第二边界中的点的错台量为/>的步骤，包括：
针对所述第一管片和所述第二管片已知坐标系的原点坐标分别为和/>，y轴方向分别为/>和/>，以及管片的位置/>和尺寸参数/>；
计算所述管片的错台量需要将所述第一管片和所述第二管片的边界坐标系转换至同一坐标系中进行对比，根据已知量以及所述管片的局部坐标系的约束条件，将坐标系中一点/>转换至坐标系/>中/>；
通过上述坐标系转换将所述第二边界与所述第一边界同时放在坐标系中，通过特征点计算出二者的重合区间；所述第二边界中的点到/>轴的距离减去所述第一管片的半径即为所述点的错台量；
所述将坐标系中一点/>转换至坐标系/>中/>的步骤，包括：
将点P转换至工程坐标系中：
将工程坐标系中的P点坐标转换至坐标系中：
其中，和/>分别为绕x轴和z轴的旋转矩阵，/>和/>及的计算步骤如下：
其中，为旋转的角度；
在将采集到的所述数据进行分类时，按照所述数据所属的所述管片及拼装缝进行分类。
2.根据权利要求1所述的管片错台测量方法，其特征在于：
在采集所述隧道衬砌内表面的所述数据时，采用测站式扫描仪或移动式扫描仪获取衬砌内轮廓的所有点，并识别每个管片。
3.根据权利要求2所述的管片错台测量方法，其特征在于：
采集所述隧道衬砌内表面的所述数据为点云数据，且点云密度大于1个点每平方厘米。
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