CN114861500A - 基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法及系统 - Google Patents

基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法及系统 Download PDF

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CN114861500A CN202210582075.XA CN202210582075A CN114861500A CN 114861500 A CN114861500 A CN 114861500A CN 202210582075 A CN202210582075 A CN 202210582075A CN 114861500 A CN114861500 A CN 114861500A
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Abstract

本发明公开了一种基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法及系统，包括：构建隧道结构基本三维点云数据模型；获得隧道走向平行于笛卡尔坐标系某一坐标轴的隧道点云数据；沿隧道中轴线平行方向将隧道点云数据分割为等间隔切片，对每个切片进行向切片中面的降维投影；基于所述降维投影获取均布化点云数据，将所述均布化点云数据写入隧道结构基本三维点云数据模型，生成隧道结构有限元模型；建立围岩实体模型，并将建立的围岩实体模型与生成的隧道结构有限元模型进行布尔减运算，获取与所述隧道结构有限元模型形状密切闭合的围岩模型。本发明更能准确表达隧道结构的准确性，并能及时地反映隧道结构地时序性变化。

Description

基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法及系统
技术领域
本发明涉及隧道结构稳定性监测及变形数值分析技术领域，尤其涉及一种基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
目前，对隧道结构进行稳定性监测与分析是保障隧道结构安全开挖与安全运行的关键技术手段，数值模拟已经成为一项不可缺少的分析和解决隧道结构稳定性分析的关键技术，在行业内具有极为广泛的应用。但是从目前的发展情况看，各种模拟方法在模型建立和网格划分方面不同程度的存在工作量大而烦杂的缺陷，这就严重阻碍了数值模拟方法的强大计算功能的发挥。
传统的隧道结构有限元模型仿真主要具有以下明显的局限性：
(1)待分析隧道结构无现成有限元模型，需要工作人员在现场调查、测量、分析的基础上，建立相应的物理力学模型，将花费大量人力和时间，尤其是施工期隧道包含大量复杂结构，尤其是通过测绘获取结构特征参数不可避免地会损失模型精度为代价；
(2)测绘建模还是通过逆向获取点云数据再蒙皮建立有限元模型，往往需要借助所种软件操作，无疑对人员提出了更高的技术要求；
(3)隧道结构尺寸规模较大并包含复杂几何结构，网格划分将带来较大的工作量和技术难度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法及系统，能够解决现有隧道结构有限元模型建模效率低，主观性大，精度低，需要大量人工等问题。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法，包括：
获取既有隧道结构的点云数据，构建隧道结构基本三维点云数据模型；
对隧道三维点云数据进行预处理，获得隧道走向平行于笛卡尔坐标系某一坐标轴的隧道点云数据；
沿隧道中轴线平行方向将隧道点云数据分割为等间隔切片，对每个切片进行向切片中面的降维投影；
基于所述降维投影获取均布化点云数据，将所述均布化点云数据写入隧道结构基本三维点云数据模型，生成隧道结构有限元模型；
建立围岩实体模型，并将建立的围岩实体模型与生成的隧道结构有限元模型进行布尔减运算，获取与所述隧道结构有限元模型形状密切闭合的围岩模型。
作为可选的实施方式，还包括：基于所述隧道结构有限元模型和所述围岩模型，通过有限元仿真实现对隧道结构的检查评估以及稳定性分析。
作为可选的实施方式，获取既有隧道结构的点云数据，构建隧道结构基本三维点云数据模型，具体包括：
使用三维激光雷达对隧道结构进行扫描作业，获取既有隧道结构的点云数据，经数据解算、拼接后得到隧道结构基本三维点云数据模型，并为隧道结构三维点云建立局部坐标系。
作为可选的实施方式，对隧道三维点云数据进行预处理，获得隧道走向平行于笛卡尔坐标系某一坐标轴的隧道点云数据，具体包括：
对隧道底部进行平面拟合，并将隧底平面移动到XOY面；
对隧道点云数据降维投影到XOY平面，提取投影后点云的Xmin和Xmax；
设置隧道点云切片步长，在设定区间内沿X轴方向对隧道点云进行切片；
根据点云索引提取切片点云，并获取每份切片点云的Yimin和Yimax，从而确定每份切片点云中点坐标：
所有切片点云中点的索引，其构成的点云集合即为隧道点云数据的二维水平中线，对获得的二维水平中线进行最小二乘法直线拟合，获取二维水平中线的方向向量，即得到二维水平中线与XOZ平面的正切值tanθ；
定义隧道点云数据的刚度变换矩阵T1，绕Z轴旋转变换θ使隧道走向沿笛卡尔坐标系X轴正方向，沿笛卡尔坐标系X轴正方向平移-Xmin使隧道点云数据初始端与YOZ面重合。
作为可选的实施方式，沿隧道中轴线平行方向将隧道点云数据分割为等间隔切片，对每个切片进行向切片中面的降维投影；具体包括：
设定切片步长为拟生成单元的边长，每次切片方向沿切片在二维水平中线的切线方向；对每个切片进行向切片中面的降维投影，即将每个的切片的所有点的X坐标转换为切片中心的X坐标。
作为可选的实施方式，基于所述降维投影获取均布化点云数据，具体包括：
对切片的降维投影进行圆拟合，获取拟合圆的圆心坐标及半径R；
以拟合圆的圆心为圆心，绘制大于拟合圆半径的圆，并在圆上根据设定的圆心角在圆周添加关键点；
对切片投影点云建立KD树，遍历搜索所添加关键点在切片投影点云中的最近邻点，对于每一关键点均可在切片投影点云中找到与其对应的最近邻点，提取所有满足要求的最近邻点索引与坐标，即为所求均布化点云数据，即后续建立有限元模型中的节点。
作为可选的实施方式，基于所述降维投影获取均布化点云数据，具体包括：
对切片的降维投影进行圆拟合，获取拟合圆的圆心坐标及半径R；
以拟合圆的圆心为圆心，对切片投影点云建立给定圆心角的最小凸包，并将所建立的最小凸包作为二维体素，所述二维体素满足涵盖所给定圆心角对应的扇形内所有点云数据；
计算每个二维体素内所有点的重心，对每个二维体素点云建立KD树，提取每个二维体素重心点的最近邻点索引与坐标，即为所求均布化点云数据，即后续建立有限元模型中的节点。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的系统，包括：
点云数据获取模块，用于获取既有隧道结构的点云数据，构建隧道结构基本三维点云数据模型；
点云预处理模块，用于对隧道三维点云数据进行预处理，获得隧道走向平行于笛卡尔坐标系某一坐标轴的隧道点云数据；
点云切片模块，用于沿隧道中轴线平行方向将隧道点云数据分割为等间隔切片，对每个切片进行向切片中面的降维投影；
有限元模型生成模块，用于基于所述降维投影获取均布化点云数据，将所述均布化点云数据写入隧道结构基本三维点云数据模型，生成隧道结构有限元模型；
围岩模型生成模块，用于建立围岩实体模型，并将建立的围岩实体模型与生成的隧道结构有限元模型进行布尔减运算，获取与所述隧道结构有限元模型形状密切闭合的围岩模型。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过点云数据预处理、隧道切片投影等手段获取均布化的点云，再建立有限元模型，相比传统CAD建模，然后导入有限元软件，再离散化划分单元生成单元的方法，更能准确表达隧道结构的准确性，并能及时地反映隧道结构地时序性变化。
本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例中基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法流程图；
图2为本发明实施例中隧道点云位姿调正，使隧道走向平行于笛卡尔坐标系X坐标轴，初始端与YOZ面重合示意图；
图3为本发明实施例中沿隧道中轴线平行方向将对隧道进行切片并将切片点云向切片中心投影示意图；
图4为本发明实施例中添点寻最近邻法示意图；
图5为本发明实施例中周向体素重心法示意图；
图6为本发明实施例中隧道均布化点云数据；
图7为本发明实施例中基于三维点云自动生成的隧道结构有限元模型(S3D8实体单元)展示图；
图8为本发明实施例中基于三维点云自动生成的隧道结构有限元模型(S3壳单元)展示图；
图9为本发明实施例中基于三维点云自动生成的隧道结构有限元数值计算结果(3层S3D8实体单元模型)展示图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
在一个或多个实施方式中，公开了一种基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法，结合图1，具体包括如下步骤：
(1)隧道场景激光雷达扫描作业：使用三维激光雷达对隧道结构进行扫描作业，扫描隧道对象包括但不限于运行期和施工期的公路隧道、轨交隧道，获取既有隧道结构的点云数据后经数据解算、拼接后得到隧道结构基本三维点云数据模型，并为隧道结构三维点云建立局部坐标系。
因隧道作为狭长结构，架站式或移动式激光雷达均难以一次性作业完成隧道结构扫描任务，所以所述隧道结构基本三维点云数据模型是指激光雷达多站点多期次扫描隧道结构点云数据配准拼接得到的。
(2)三维点云预处理：依次对隧道三维点云数据进行滤波降噪、隧道点云数据插补、隧道点云数据精简和隧道点云位姿调正，获得隧道走向平行于笛卡尔坐标系某一坐标轴的隧道点云数据；
由于在对隧道结构扫描作业时不可避免地因为设备精度、操作者经验、环境因素、障碍物遮挡等导致获取的点云数据存在离群点，因此本实施例对隧道三维点云数据进行滤波降噪流程，去除的对象主要包括但不仅限于所述离群点、运行期隧道的车辆和绿化带等、施工期隧道的机械车辆和人员；
对于隧道内因遮挡等因素造成的扫描点云数据空洞点，采用曲线、曲面插值补充法对点云数据插补；
对于隧道大场景海量点云数据，对隧道点云数据进行精简下采样压缩处理；
结合图2，对隧道点云进行位姿调正，获得隧道走向平行于笛卡尔坐标系某一坐标轴的隧道点云数据；图2中，1表示隧道三维点云数据模型，2表示隧道三维点云模型投影到XOY面，3表示位姿调正后的隧道点云模型。
如规定隧道走向沿笛卡尔坐标系X轴正方向，Z轴为隧道高度方向，满足右手法则，主要步骤包括：
①对隧道底部进行平面拟合，并将隧底平面移动到XOY面；
②对隧道点云数据降维投影到XOY平面，提取投影后点云的Xmin和Xmax；
③设置隧道点云切片步长Lstep1，在(Xmin+w/2，Xmax-w/2)区间内沿X轴方向对隧道点云进行切片，w为投影后点云宽度，L隧道投影后点云长度；
xi＝Xmin+w/2+i·Lstep1(i≤(L-w)/Lstep1,i＝1,2,3…)
④根据点云索引提取切片点云，并获取每份切片点云的Yimin和Yimax，则每份切片点云中点坐标：
(xi,(Yimin+Yimax)/2,0)
⑤所有切片点云中点的索引，其构成的点云集合即为隧道点云数据的二维水平中线，对获得的二维水平中线进行最小二乘法直线拟合，获取二维水平中线的方向向量，即得到二维水平中线与XOZ平面的正切值tanθ；
⑥定义隧道点云数据的刚度变换矩阵T1，绕Z轴旋转变换θ使隧道走向沿笛卡尔坐标系X轴正方向，沿笛卡尔坐标系X轴正方向平移-Xmin使隧道点云数据初始端与YOZ面重合。
Figure BDA0003664433010000081
(3)隧道切片投影：并沿隧道中轴线平行方向将隧道点云数据分割为等间隔切片，对每个切片进行向切片中面的降维投影，以没有厚度的切片中面替代厚度切片，同时保留切片点云数据；图3给出了沿隧道中轴线平行方向将对隧道进行切片并将切片点云向切片中心投影的示意图；图3中，4表示隧道点云切片，5表示切片向切片中心投影所得点云。
本实施例中，对隧道点云进行重新切片，设定切片步长为拟生成单元的边长Lstep2，每次切片方向沿切片在二维水平中线的切线方向，切片厚度取σ；
0<σ≤Lstep2
切片厚度σ不宜过小，切片厚度σ过小会导致切片点数据量过少；对每个切片进行向切片中面的降维投影，即将每个的切片的所有点的X坐标转换为切片中心的X坐标xi。
(4)点云数据均布化处理；隧道均布化点云数据如图6所示。
本实施例提出两种获取均布化点云数据的方法，分别是添点寻最近邻法和周向体素重心法；
结合图4，添点寻最近邻法的主要步骤包括：
①通过RANSAC或最小二乘法等对步骤(3)中的切片投影进行圆拟合，获取拟合圆的圆心坐标及半径R；
②以拟合圆的圆心为圆心，绘制大于拟合圆半径的圆，并在圆上根据设定的圆心角在圆周添加关键点，关键点根据给定圆心角均匀确定的，其坐标为：
(xi,R1·cos(w·i),R1·sin(w·i))
Lstep2＝w·R1＝R1·W/n
其中，R1>R，n为拟设定圆弧上关键点的数量，w为小圆弧对应的圆心角角度，此处设定小圆弧弧长近似等于拟生成单元边长Lstep2长度。
③对切片投影点云建立KD树，遍历搜索步骤②中所添加关键点在切片投影点云中的最近邻点，对于每一关键点均可在切片投影点云中找到与其对应的最近邻点，提取所有满足要求的最近邻点索引与坐标，即为所求均布化点云数据，即后续建立有限元模型的节点。
图4中，5表示切片向切片中心投影所得点云，6表示添点寻最近邻法添加的关键点，7表示关键点对应的最近邻点。
结合图5，周向体素重心法的主要步骤包括：
①通过RANSAC或最小二乘法等对步骤(3)中的切片投影进行圆拟合，获取拟合圆的圆心坐标及半径R；
②以拟合圆的圆心为圆心，对切片投影点云建立给定圆心角的最小凸包，并将所建立的最小凸包作为二维体素，应满足涵盖所给定圆心角对应的扇形内所有点云数据；
③计算步骤②中每个体素内所有点的重心，但因为该重心点不一定是原始点云数据中的点，会造成原始点云的细小特征发生损失，对每个二维体素点云建立KD树，提取每个二维体素重心点的最近邻点索引与坐标，即为所求均布化点云数据，即后续建立有限元模型的节点。
图5中，8表示周向体素重心法建立的体素，9表示体素内点云的计算重心，10表示体素内点云的计算重心的最近邻点。
(5)生成有限元单元：为在后续分析中的调用，已建的隧道有限元模型以常见的通用的.inp格式存储，将步骤(4)中获取的均布化点云数据写入通用的、包含数值计算信息的.inp格式数据文件，包含节点、单元、单元类型等基本数据，步骤(4)中获取的均布化点云数据可以直接用于生成S3、S4R等壳单元；对步骤(4)中获取的均布化点云数据进行赋厚处理，通过整体欧式变换进行缩放n次，并将缩放后的点云与原始点云数据合并，即可得到n+1层节点数据，然后可根据实体单元编写规则，生成C3D8等实体单元；图7给出了基于三维点云自动生成的隧道结构有限元模型(S3D8实体单元)展示图；图8给出了基于三维点云自动生成的隧道结构有限元模型(S3壳单元)展示图。
有限元法的基本思想是：假想的把一个连续体分割成数目有限的小体(单元)，彼此间只在数目有限的指定点(节点)处连接，组成一个单元的集合体来代替原来的连续体，再在节点上引入等效力代替实际作用在单元上的外力。其实质就是把有无限个自由度的连续体理想化为只有有限个自由度的单元集合体；即有限单元由节点构成，有限元模型由有限单元构成。
Inp文件是有限元软件ABAQUS的一个模型数据输入文件按，包含了整个模型的完整描述，在前处理器(abaqus/cae)和求解器(abaqus/standard或abaqus/explicit)之间建立一个传递数据的桥梁。
本实施例中，对均布化点云数据进行赋厚处理，通过整体欧式变换进行缩放n次实现，点云数据的刚度变换矩阵T2为：
Figure BDA0003664433010000111
对于获得的.inp文件，可以定义生成单元的材料属性，可以在生成的单元模型上自定义施加荷载的类型、方式和大小，并定义约束位置和方式，这样获取的.inp文件可以直接导入有限元数值模拟软件进行求解计算。
(6)建立围岩模型：隧道围岩失稳是造成隧道结构失稳的重要方面，建立围岩实体模型，将建立的围岩模型与步骤(5)中生成的隧道模型进行布尔减运算，获取与步骤(5)中隧道模型形状密切闭合的围岩模型；
(7)将步骤(5)中获得的.inp文件和(6)中获取的围岩模型导入有限元数值模拟软件，即可进行数值模拟计算。
有限元法在结构的静、动态分析中广泛应用。例如：由CAD建立隧道模型，在有限元软件中将模型划分网格(即单元网格)，然后施加载荷、约束等边界条件，交给计算机计算分析，得到想得到的结果，如，变形、位移、应力应变分布等。本实施例用激光雷达获取的点云模型建立有限元模型，具有准确表达实际结构、及时表达结构状态的特点。
图9给出了基于三维点云自动生成的隧道结构有限元数值计算结果(3层S3D8实体单元模型)展示图。
一般隧道整体轮廓采用三心圆设计，同样地，重复本方法即可适用于圆弧形隧道局部轮廓、三心圆整体轮廓。
本实施例将激光雷达扫描获取的不规则的点云网格优化处理为均布化点云数据，即后续用于数值计算的节点，将以上均布化节点建立形状规则、满足数值计算的网格单元模型通过编写.inp格式文件实现，以用于结构力学数值计算，网格单元模型是由固定数量的节点按照固定顺序建立的，可以通过编写处理程序实现。
实施例二
在一个或多个实施方式中，公开了一种基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的系统，包括：
点云数据获取模块，用于获取既有隧道结构的点云数据，构建隧道结构基本三维点云数据模型；
点云预处理模块，用于对隧道三维点云数据进行预处理，获得隧道走向平行于笛卡尔坐标系某一坐标轴的隧道点云数据；
点云切片模块，用于沿隧道中轴线平行方向将隧道点云数据分割为等间隔切片，对每个切片进行向切片中面的降维投影；
有限元模型生成模块，用于基于所述降维投影获取均布化点云数据，将所述均布化点云数据写入隧道结构基本三维点云数据模型，生成隧道结构有限元模型；
围岩模型生成模块，用于建立围岩实体模型，并将建立的围岩实体模型与生成的隧道结构有限元模型进行布尔减运算，获取与所述隧道结构有限元模型形状密切闭合的围岩模型。
需要说明的是，上述各模块的具体实现方式已经在实施例一中进行了说明，此处不再详述。
在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例一中的基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
实施例四
在一个或多个实施方式中，公开了一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行实施例一中所述的基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法，其特征在于，包括：
获取既有隧道结构的点云数据，构建隧道结构基本三维点云数据模型；
对隧道三维点云数据进行预处理，获得隧道走向平行于笛卡尔坐标系某一坐标轴的隧道点云数据；
沿隧道中轴线平行方向将隧道点云数据分割为等间隔切片，对每个切片进行向切片中面的降维投影；
基于所述降维投影获取均布化点云数据，将所述均布化点云数据写入隧道结构基本三维点云数据模型，生成隧道结构有限元模型；
建立围岩实体模型，并将建立的围岩实体模型与生成的隧道结构有限元模型进行布尔减运算，获取与所述隧道结构有限元模型形状密切闭合的围岩模型。
2.如权利要求1所述的一种基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法，其特征在于，还包括：基于所述隧道结构有限元模型和所述围岩模型，通过有限元仿真实现对隧道结构的检查评估以及稳定性分析。
3.如权利要求1所述的一种基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法，其特征在于，获取既有隧道结构的点云数据，构建隧道结构基本三维点云数据模型，具体包括：
使用三维激光雷达对隧道结构进行扫描作业，获取既有隧道结构的点云数据，经数据解算、拼接后得到隧道结构基本三维点云数据模型，并为隧道结构三维点云建立局部坐标系。
4.如权利要求1所述的一种基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法，其特征在于，对隧道三维点云数据进行预处理，获得隧道走向平行于笛卡尔坐标系某一坐标轴的隧道点云数据，具体包括：
对隧道底部进行平面拟合，并将隧底平面移动到XOY面；
对隧道点云数据降维投影到XOY平面，提取投影后点云的Xmin和Xmax；
设置隧道点云切片步长，在设定区间内沿X轴方向对隧道点云进行切片；
根据点云索引提取切片点云，并获取每份切片点云的Yimin和Yimax，从而确定每份切片点云中点坐标：
所有切片点云中点的索引，其构成的点云集合即为隧道点云数据的二维水平中线，对获得的二维水平中线进行最小二乘法直线拟合，获取二维水平中线的方向向量，即得到二维水平中线与XOZ平面的正切值tanθ；
定义隧道点云数据的刚度变换矩阵T1，绕Z轴旋转变换θ使隧道走向沿笛卡尔坐标系X轴正方向，沿笛卡尔坐标系X轴正方向平移-Xmin使隧道点云数据初始端与YOZ面重合。
5.如权利要求1所述的一种基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法，其特征在于，沿隧道中轴线平行方向将隧道点云数据分割为等间隔切片，对每个切片进行向切片中面的降维投影；具体包括：
设定切片步长为拟生成单元的边长，每次切片方向沿切片在二维水平中线的切线方向；对每个切片进行向切片中面的降维投影，即将每个的切片的所有点的X坐标转换为切片中心的X坐标。
6.如权利要求1所述的一种基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法，其特征在于，基于所述降维投影获取均布化点云数据，具体包括：
对切片的降维投影进行圆拟合，获取拟合圆的圆心坐标及半径R；
以拟合圆的圆心为圆心，绘制大于拟合圆半径的圆，并在圆上根据设定的圆心角在圆周添加关键点；
对切片投影点云建立KD树，遍历搜索所添加关键点在切片投影点云中的最近邻点，对于每一关键点均可在切片投影点云中找到与其对应的最近邻点，提取所有满足要求的最近邻点索引与坐标，即为所求均布化点云数据，即后续建立有限元模型中的节点。
7.如权利要求1所述的一种基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法，其特征在于，基于所述降维投影获取均布化点云数据，具体包括：
对切片的降维投影进行圆拟合，获取拟合圆的圆心坐标及半径R；
以拟合圆的圆心为圆心，对切片投影点云建立给定圆心角的最小凸包，并将所建立的最小凸包作为二维体素，所述二维体素满足涵盖所给定圆心角对应的扇形内所有点云数据；
计算每个二维体素内所有点的重心，对每个二维体素点云建立KD树，提取每个二维体素重心点的最近邻点索引与坐标，即为所求均布化点云数据，即后续建立有限元模型中的节点。
8.一种基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的系统，其特征在于，包括：
点云数据获取模块，用于获取既有隧道结构的点云数据，构建隧道结构基本三维点云数据模型；
点云预处理模块，用于对隧道三维点云数据进行预处理，获得隧道走向平行于笛卡尔坐标系某一坐标轴的隧道点云数据；
点云切片模块，用于沿隧道中轴线平行方向将隧道点云数据分割为等间隔切片，对每个切片进行向切片中面的降维投影；
有限元模型生成模块，用于基于所述降维投影获取均布化点云数据，将所述均布化点云数据写入隧道结构基本三维点云数据模型，生成隧道结构有限元模型；
围岩模型生成模块，用于建立围岩实体模型，并将建立的围岩实体模型与生成的隧道结构有限元模型进行布尔减运算，获取与所述隧道结构有限元模型形状密切闭合的围岩模型。
9.一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-7任一项所述的基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-7任一项所述的基于三维点云自动生成隧道结构有限元模型的方法。
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