地铁隧道断面变形分析方法研究

针对目前以单点描述隧道断面变形的不足,本文采用B样条曲线拟合隧道断面扫描数据,计算待分析部位两期曲线段的豪斯多夫距离,以各部位曲线段的整体变形信息来反映断面变形。同时根据地铁隧道断面扫描数据的特点,提出了B样条曲线拟合的主点选取方法以及非断面信息的剔除方法。最后以某地铁隧道断面扫描数据为例,通过加入模拟变形信息拟合分析,验证了该方法的有效性。     

一种基于点云法向量的基准特征提取与倾斜分析方法

针对目前将三维激光扫描技术应用于变形监测领域存在基准特征难以提取、点云数据分析缺乏适用的方法等问题，本文提出了一种基于点云法向量的基准特征提取与形变分析方法。首先利用局部平面拟合方法获得点云的法向量，并沿点云法矢方向探测基准点；然后利用三次B样条曲线对探测的正确基准点进行拟合；最后根据拟合曲线计算基准高程和对径点倾斜角分析基准特征形变信息。对某化工厂的罐体点云数据进行基准特征提取结果表明，该方法可以快速、全面地获取监测对象的整体信息，且能够正确分析监测对象的基准形变。     

三维激光扫描在地铁隧道形变监测中的应用

提出利用三维激光扫描点云截取隧道横断面拟合椭圆进行形变监测的方法。方法分为隧道中轴线提取,连续断面截取和椭圆拟合。隧道中轴线通过点云在水平面上投影后搜索的上下边缘点分别拟合二次曲线求均值得到;沿隧道中轴线设定等距间隔点,在间隔点处以中轴线正交方向截取断面;对截取的断面拟合椭圆并与设计值比较进行形变分析。实验表明,方法可以充分利用点云的大数据量特征,获得隧道内任意处的断面,是对目前监测方式的有益补充。     

利用点云构建隧道断面的形变监测方法

提出了一种利用激光点云数据提取隧道断面并进行叠加分析的隧道形变监测方法。首先对获得的隧道点云在XOY面和YOZ面的投影中值进行了二次多项式拟合,提取出隧道中线作为基准;然后根据中线构建了隧道内壁任意位置的断面,并对同一位置不同时期的隧道断面进行了叠加分析,得到了隧道的整体形变情况。通过与常规监测方法结果进行对比分析,验证了该方法的有效性,且能够更直观地表征隧道的体变形状况。     

激光点云的隧道数据处理及形变分析

针对目前隧道的变形监测多是通过经纬仪、水准仪以及全站仪对隧道断面进行观测完成,无法准确、有效地反映隧道整体变形的问题。研究了基于三维激光扫描点云的数据处理及形变分析方法,首先进行隧道断面椭圆拟合,然后利用拟合得到的椭圆参数进行断面长、短半轴形变分析,同时对隧道管片进行拟合以求得观片接头处变形,进而对隧道整体变形进行分析。实验表明,对实测的两期数据截取12个位置相同的断面,利用文中算法进行断面椭圆拟合和形变分析,统计结果显示两期数据拟合所得长、短半轴之差绝对值均小于3mm,且各断面整体形变参考点90%的变形小于3mm,结果充分证明本文介绍的数据处理方法的合理性及有效性,与传统方法相比优势明显,对地铁施工和运行阶段的隧道变形监测具有一定的指导和借鉴意义。     

基于车载式激光扫描的地铁隧道结构检测

本文针对地铁隧道结构检测的基本内容和要求,基于车载式激光扫描技术研究了地铁隧道结构的检测方法。采用车载激光扫描系统采集地铁隧道的点云数据,采用基于RANSAC算法和大小尺度法线算法的组合滤波方法对点云数据进行预处理,通过对隧道点云数据的切片、拟合、展开等处理,计算并分析了地铁隧道的断面变形、收敛值、错台值及渗漏值等。研究结果表明,采用车载式激光扫描技术可以快速地检测和分析地铁隧道结构的形变,适用于地铁隧道结构的定期检测和形变分析。     

基于三维激光扫描的地铁隧道连续形变监测数据处理软件系统

利用地基三维激光扫描技术所具有的“形测量”特点,结合高精度、高空间分辨率的多时相点云数据,实现地铁隧道连续形变监测数据处理的软件系统。系统的主要功能包括：点云拼接、隧道中轴线拟合、断面连续截取、形变分析以及成果输出等。结合对上海某地铁隧道的多期激光扫描数据的处理,展示软件的主要功能和技术流程,最后对系统的应用前景进行阐述。     

点云数据在兰州地铁中的应用

针对提取隧道点云中轴线3种不同算法,选择更加适合海量点云中轴线提取的算法。首先对隧道点云进行坐标转换,按里程对隧道点云进行连续正交断面的提取,将得到的断面通过椭圆模型进行粗差剔除;其次采用RGB颜色变化值表示断面的收敛扩张情况,通过柱状图、折线图表示断面形变特征;最后对隧道曲线段点云数据进行中轴线的提取,并进行平曲线要素的自动提取,为隧道平曲线主点位置识别、平曲线要素提取提供一种新途径。     

基于点云数据的盾构隧道竣工测量方法

隧道轴线的偏差和断面测量是地铁隧道竣工测量的重要指标。本文详细介绍了运用空间几何的方法从海量三维激光点云数据中快速、准确地提取地铁盾构隧道断面和中心点的方法,在此基础上将提取的断面点云数据与设计断面曲线进行了二维对比分析,并在北京某地铁盾构隧道中进行了验证:从三维激光点云中提取的中心点坐标与全站仪测量得到的结果相差在±3mm以内,点位精度能够达到3.43mm。结果表明该方法可达到较高的测量精度,在地铁盾构隧道竣工测量中将具有较强的实用性。     

一种基于半圆柱模型的隧道点云中轴线提取与滤波方法

提出一种基于半圆柱模型的隧道点云中轴线提取与滤波方法,通过粗提取和精提取中线点,采用三次B样条插值加密中线点,再采用高阶多项式精确拟合中轴线方程,根据所得中轴线方程,对点云进行切片、投影、空间圆拟合,得到隧道点云横断面,取空间圆平均半径作为隧道半径,设置距离阈值,实现隧道点云滤波.实验结果表明,该方法提取的中轴线整体偏差优于2 cm,噪声滤除率达88.969％,隧道壁点提取的正确率为91.741％,滤波效果较好.     

全站扫描点云支持下的铁路隧道横断面快速提取及变形分析

使用全站扫描仪对采动区的铁路隧道进行扫描，在分析了测边后方交会设站扫描方法精度的基础上对拱形隧道的变形进行了研究，提出了通过拱形隧道的拱顶轴线完成横断面快速提取的方法。该方法基于高程差异获得隧道拱顶点集，而后采用随机采样一致算法对其处理并对处理后的点云拟合得到拱顶轴线，以该轴线方向作为横断面的法向完成横断面点集的快速提取，并基于所提取横断面点集获得横断面轮廓线并计算隧道变形。使用全站扫描仪的点云数据进行试验并进行变形分析。结果表明该方法能够完成对拱形铁路隧道横断面的快速提取，并且所提取的横断面能够反映隧道变形情况。     

基于断面基准面点云模型的隧道管片分割与断面提取

隧道变形的精确测量对于掌握隧道衬砌结构的变化及其发展规律、保障隧道的安全运行具有重要意义。本文首先借助轨载移动三维激光测量系统获取地铁隧道的激光点云,结合隧道呈柱面的几何特点,提出一种基于断面基准面投影的盾构隧道点云模型构造方法;然后利用断面基准面点云的高度梯度与三维特征分割隧道管环并提取隧道断面,从而获取盾构隧道的连续横断面,为隧道变形监测提供基础。     

隧道变形监测基准点的稳定性分析

对隧道进行变形监测是保证其安全的重要内容,而要保证监测结果的可靠性,就要保证监测基准点的稳定性。本文则基于国内某隧道变形监测实例,结合平均间隙法与分块间隙法,通过多期基准点观测数据,提取其中不稳定点,结果表明,该方法能准确有效分析出不稳定的基准点,提高了工作效率,为今后的隧道变形监测工程实例提供一种可靠的基准点稳定分析方法。     

基于空间圆模型的隧道全局中轴线提取方法

隧道中轴线不仅能够检核隧道竣工测量,而且在隧道变形监测中其精度直接影响横断面提取的准确性。本文提出一种精确提取隧道全局中轴线的方法:首先将隧道三维点云投影至水平面形成平面点云,并采用Delaunay三角网算法获取点云边界;其次利用点云边界中转折点间的距离与隧道直径的关系提取出隧道边界线;然后依据隧道边界和中心的几何关系提取出水平中轴线,并以此提取隧道横断面;最后对隧道横断面进行空间圆模型拟合生成隧道中轴线。通过实验分析,本文方法能够适应于长距离、弯曲型隧道,为隧道中轴线提取研究提供借鉴依据。     

单圆盾构隧道移动激光扫描收敛值计算

近年来,架站式三维激光扫描技术广泛应用于盾构隧道收敛监测,但频繁换站降低了外业测量的效率。同时,在激光点云拟合计算收敛点坐标时,收敛点位置会随着隧道变形而变化,因而,点云曲线拟合难以确保得到不同时间、同断面、同收敛点坐标,影响了收敛值的精度。自主研发了一款经济适用且高效可靠的移动激光扫描监测系统,解决了架站式三维激光扫描监测效率低下的问题。针对收敛值计算方法存在的问题,详细讲解了基于隧道平铺图的收敛值计算方法,具体过程如下:首先,经过点云标准圆投影并展开,再经过图像栅格化、内插及增强处理得到隧道平铺图;其次,通过图像二值化、连通域分析、自动识别及人工纠正环缝,准确划分隧道每环点云;接下来,绘制每环管片接缝在平铺图的位置,求出每环收敛定点方位;最后,通过分管片拟合,计算收敛定点坐标并推出收敛值。计算实例表明,移动激光扫描收敛值重复结果差值均在1.5 mm以内,由此可知,提出的计算方法可用于单圆盾构隧道进行高效收敛监测,且精度可靠。     

三维激光扫描技术运用于隧道断面变形测量

随着人们对隧道建筑安全意识的不断提升,基于原有的隧道断面变形测量方法测量精度较低的问题,设计基于三维激光扫描技术的隧道断面变形测量方法。采用三维激光扫描仪进行隧道断面信息获取,并通过获取到的信息构建断面坐标系。通过点云计算完成断面信息数据的预处理,采用坐标系变换、点云信息分离、信息滤波以及信息去噪完成预处理过程。基于对隧道断面变形形式的过往研究,选择椭圆方程完成对隧道断面变形测量的控制。至此,基于三维激光扫描技术的隧道断面变形测量方法完成。设计对比实验,与原有测量方法相比,此方法的测量图像与样本图像更为相似。因而,此方法在隧道的测量中更有效,效果更加优越。     

基于最小二乘法道路平面曲线拟合

结合最小二乘法的基本原理,利用其进行道路平面曲线拟合,实例表明,与三次样条函数设计计算结果接近,同样能满足路线设计要求,且简化了计算过程,在平面设计工作中具有很强的实用性。     

利用TLS技术进行地铁隧道断面提取及变形监测分析

针对传统测量方法在地铁隧道断面提取及变形监测中存在的成果单一、过程复杂、效率低下等问题,本文采用地面三维激光扫描(TLS)技术,提出了一种基于最小二乘法曲面拟合的断面提取及变形监测分析方法。该方法以隧道中轴线为基础提取隧道连续断面,将截取的断面拟合成曲面,通过多次曲面比较,获取拟合曲面水平与垂直方向的变化尺寸,进而计算地铁隧道的变形量。以西安地铁某隧道上行区间为例进行试验,结果表明本文技术方法较传统监测方法能够快速实现隧道断面提取及变形监测,有效提升工作效率。