【摘要】：為識(shí)別隧道施工期間和運(yùn)營(yíng)期間的風(fēng)險(xiǎn)并進(jìn)行預(yù)警,必須進(jìn)行變形監(jiān)測(cè),盡管傳統(tǒng)方法的精度較高,能達(dá)到mm級(jí),但是也存在多方面的不足:監(jiān)測(cè)離散斷面的離散點(diǎn)、精度受光線影響較大、實(shí)測(cè)斷面數(shù)量有限等等。本文引入了三維激光掃描技術(shù)——陸基LiDAR技術(shù),選取長(zhǎng)江三峽附近某試驗(yàn)隧道作為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地,根據(jù)隧道內(nèi)徑和工程所需點(diǎn)云精度確定測(cè)站間距和掃描分辨率,并制定了詳細(xì)的掃描方案,時(shí)隔一年采集了兩期點(diǎn)云數(shù)據(jù)。本文從標(biāo)靶類型、標(biāo)靶數(shù)量及拼接方式三個(gè)方面分析影響隧道點(diǎn)云拼接精度的因素,統(tǒng)計(jì)、分析拼接誤差;經(jīng)過(guò)雙向投影法投影三維隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)、運(yùn)用分割法提取投影邊界點(diǎn)、利用改進(jìn)的RANSAC算法擬合邊界曲線等系列過(guò)程,提取曲線隧道的中軸線;為快速準(zhǔn)確地提取隧道斷面點(diǎn)云,提出點(diǎn)緩沖區(qū)的概念;為保證提取的斷面有足夠的點(diǎn)云,在三維點(diǎn)云上設(shè)置了面緩沖區(qū);因面緩沖區(qū)的厚度直接影響斷面變形分析的精度,又提出了最佳面緩沖區(qū)厚度的概念并確定最佳厚度;運(yùn)用MDP算法計(jì)算出隧道斷面任意位置、任意時(shí)刻的變形量,但用該算法估計(jì)隧道表面的變形信號(hào)存在測(cè)量噪聲,本文利用協(xié)方差函數(shù)來(lái)識(shí)別真正的變形信號(hào),以減小變形誤差。本文的主要結(jié)論如下:(1)采用4個(gè)球形標(biāo)靶進(jìn)行站間點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接方式最優(yōu);(2)利用改進(jìn)的RANSAC算法成功提取曲線隧道的中軸線;(3)確定最佳緩沖區(qū)厚度為4 mm的前提下,提取了曲線隧道的斷面點(diǎn)云;(4)相對(duì)于全站儀,本文提取的斷面變形精度在±3 mm內(nèi);(5)采用MDP算法計(jì)算的隧道斷面變形精度為±3 mm,與常用的點(diǎn)云處理軟件——Geomagic Qualify和CloudCompare計(jì)算出的±10 mm精度比較,驗(yàn)證了MDP算法在曲線隧道變形分析應(yīng)用中的可行性。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U456
【圖文】：

入射角Fig.2-1angleofincidence

圖 2-2 隧道設(shè)站掃描模型Fig. 2-2 the scanning model of tunnel station2.2 拼接原理為了全方位掃描隧道，需要進(jìn)行分站式掃描，需對(duì)多站采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接。點(diǎn)云拼接是指利用相鄰兩站點(diǎn)云的重疊部分計(jì)算出對(duì)應(yīng)坐標(biāo)系間的變換參數(shù)，然后通過(guò)計(jì)算出的變換參數(shù)將兩站點(diǎn)云的坐標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一。常用的拼接方法有三種，分別為基于點(diǎn)信息拼接法、七參數(shù)轉(zhuǎn)化拼接法、控制點(diǎn)拼接法。2.2.1 基于點(diǎn)信息拼接法ICP——迭代最近點(diǎn)算法[34~37]是基于點(diǎn)信息拼接算法中最具有代表性的一種算法，它是由 Besl在 20 世紀(jì) 90 年代初提出的。ICP 算法的核心思想是：需要坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的點(diǎn)云 和點(diǎn)云 ，目的是將點(diǎn)云 的坐標(biāo)統(tǒng)一到點(diǎn)云 坐標(biāo)系統(tǒng)中。①

第 2 章 點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接的方法，如圖 2-4 所示，①-⑥為控制站，它們之間有重疊區(qū)域，先將①-⑥進(jìn)行拼接成一個(gè)整體稱為項(xiàng)目 0，然后再重新建項(xiàng)目，將每一控制站為基站，與基站相鄰的一些站往基站上拼，最后以各控制站為基站的項(xiàng)目 1-6 拼好。因?yàn)轫?xiàng)目 0與項(xiàng)目 1-6 各有共同的一站，最后一步是將項(xiàng)目 0 中各控制站的 SOP 表示姿態(tài)的轉(zhuǎn)化矩陣分別導(dǎo)入各自對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目中，即完成了整個(gè)古建筑的拼接，對(duì)于上百站以上的點(diǎn)云利用這種方法可以大大提高拼接效率。

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