基于隧道水平中線的全局斷面提取及形變分析
發(fā)布時間：2021-10-22 08:43
針對如何使用三維點云數(shù)據(jù)對隧道進行橫斷面自動化提取與形變分析這一研究熱點,提出一種基于隧道水平中線的橫斷面信息自動提取及形變分析方法。首先將點云進行水平投影提取出水平中線,考慮到隧道附屬物及點云缺失等情況對中線提取精度的影響,采用滑動窗口穩(wěn)健擬合方法提取出準確中線;然后利用水平中線進行隧道橫斷面提取并擬合出中軸點;最后依據(jù)中軸點及設(shè)計值計算隧道各部位的徑向位移量,通過可視化渲染即可直觀地表述隧道整體變形情況。通過實驗表明:（1）隨著隧道長度的增加,傳統(tǒng)的整體擬合法在擬合隧道中線時誤差逐漸增大,而滑動窗口穩(wěn)健擬合法誤差則趨于平穩(wěn);（2）滑動窗口穩(wěn)健擬合法可有效規(guī)避障礙物遮擋造成的水平中線偏差;（3）根據(jù)空間圓模型擬合出隧道橫斷面參數(shù)后,依據(jù)隧道徑向位移使用RGB顏色分量對點云進行渲染可較好地反映隧道變形情況,為隧道變形監(jiān)測工作提供基礎(chǔ)依據(jù)。
【文章來源】：巖石力學與工程學報. 2020,39(11)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：12 頁
【部分圖文】：
點云XOY平面投影示意圖Fig.1ProjectiondiagramofpointcloudonXOYplaneb3.88623.88613.88602.23972.23982.23992.2400Y/(10m)
第39卷第11期徐飛等：基于隧道水平中線的全局斷面提取及形變分析2299126124122120118116114112110108767880828486889092x/my/m圖3根據(jù)邊界點提取中線Fig.3Extractionofcenterlineaccordingtotheboundary及降噪，柵格的大小可根據(jù)點云密度進行設(shè)置。然后選取一側(cè)邊界的點A，結(jié)合KD-tree搜索另一側(cè)邊界中的最近點B，此時可認為直線AB垂直于兩條邊界，兩點的中點C即為中線點。依次遍歷所有左邊的點云進行計算，即可得到初始水平中線。2.2滑動窗口穩(wěn)健擬合中線原理在短距離隧道中，依據(jù)邊界提取中線的誤差較�。坏陂L距離彎曲隧道中，上述過程求得中線則將會出現(xiàn)偏差，因此需要對中線進行多項式擬合。傳統(tǒng)方法對中線進行多項式整體擬合，如：二階多項式；在短距離隧道中能夠滿足精度要求，如圖4(a)所示；但在長距離隧道中將出現(xiàn)較大誤差，如圖4(b)所示；因此本文采用滑動窗口穩(wěn)健擬合法對中線進行擬合。如圖5所示，將1P，2P，3P，4P構(gòu)成窗口1，2P，3P，4P，5P構(gòu)成窗口2，3P，4P，5P，6P構(gòu)成窗口3，以此類推，結(jié)合最小二乘方法進行局部曲線擬合。單個窗口所包含的點數(shù)、多項式階數(shù)可根據(jù)實際工程需要設(shè)置�！惰F路隧道設(shè)計規(guī)范》(TB10003—2016)指出：隧道內(nèi)的線路宜設(shè)計為直線，當因地形、地質(zhì)等條件限制必需設(shè)計為曲線時，(a)整體擬合法(較短距離)(b)整體擬合法(較長距離)圖4中線偏差Fig.4Midlinedeviation宜采用較大的曲線半徑，慎用最小曲線半徑，并宜將曲線設(shè)在洞口附近，隧道內(nèi)不應(yīng)設(shè)置反向曲線�！豆匪淼涝O(shè)計規(guī)范》(TB10003—2016)指出：當隧道設(shè)為曲線時，不宜采用設(shè)超高?
窗口的選取Fig.5Windowselection1P1P4P6
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于中軸線擬合的隧道點云去噪研究[J]. 王井利,李華健,王揮云. 沈陽建筑大學學報(自然科學版). 2019(04)
[2]全站掃描點云支持下的鐵路隧道橫斷面快速提取及變形分析[J]. 王龍飛,胡海峰,廉旭剛. 測繪通報. 2019(05)
[3]基于圓柱多段擬合的隧道中軸線提取方法研究[J]. 荊海峰,李廣云,王力,楊文鋒. 大地測量與地球動力學. 2018(02)
[4]基于三維點云的隧道全局中線提取方法及應(yīng)用[J]. 程云建,仇文革,雷勁. 湖南大學學報(自然科學版). 2017(09)
[5]一種真圓型隧道激光掃描斷面變形檢測新方法的研究[J]. 尤相駿,成俊. 隧道建設(shè). 2017(07)
[6]基于激光點云的隧道超欠挖檢測方法研究[J]. 許磊,王長進. 鐵道工程學報. 2016(12)
[7]基于橢圓柱面模型的隧道點云濾波方法[J]. 盧小平,朱寧寧,祿豐年. 武漢大學學報(信息科學版). 2016(11)
[8]基于中軸線的隧道點云去噪算法[J]. 程效軍,賈東峰,劉燕萍,程小龍. 同濟大學學報(自然科學版). 2015(08)
[9]基于地面三維激光掃描技術(shù)的隧道全斷面變形測量方法[J]. 謝雄耀,盧曉智,田海洋,季倩倩,李攀. 巖石力學與工程學報. 2013(11)
[10]基于三維激光掃描技術(shù)的隧道檢測技術(shù)研究[J]. 王令文,程效軍,萬程輝. 工程勘察. 2013(07)
碩士論文
[1]基于三維激光掃描技術(shù)的隧道連續(xù)斷面提取及變形分析[D]. 李雙.長安大學 2015
[2]三維激光掃描技術(shù)在隧道工程監(jiān)測中的應(yīng)用研究[D]. 胡琦佳.西南交通大學 2013
本文編號：3450753
【文章來源】：巖石力學與工程學報. 2020,39(11)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：12 頁
【部分圖文】：
點云XOY平面投影示意圖Fig.1ProjectiondiagramofpointcloudonXOYplaneb3.88623.88613.88602.23972.23982.23992.2400Y/(10m)
第39卷第11期徐飛等：基于隧道水平中線的全局斷面提取及形變分析2299126124122120118116114112110108767880828486889092x/my/m圖3根據(jù)邊界點提取中線Fig.3Extractionofcenterlineaccordingtotheboundary及降噪，柵格的大小可根據(jù)點云密度進行設(shè)置。然后選取一側(cè)邊界的點A，結(jié)合KD-tree搜索另一側(cè)邊界中的最近點B，此時可認為直線AB垂直于兩條邊界，兩點的中點C即為中線點。依次遍歷所有左邊的點云進行計算，即可得到初始水平中線。2.2滑動窗口穩(wěn)健擬合中線原理在短距離隧道中，依據(jù)邊界提取中線的誤差較�。坏陂L距離彎曲隧道中，上述過程求得中線則將會出現(xiàn)偏差，因此需要對中線進行多項式擬合。傳統(tǒng)方法對中線進行多項式整體擬合，如：二階多項式；在短距離隧道中能夠滿足精度要求，如圖4(a)所示；但在長距離隧道中將出現(xiàn)較大誤差，如圖4(b)所示；因此本文采用滑動窗口穩(wěn)健擬合法對中線進行擬合。如圖5所示，將1P，2P，3P，4P構(gòu)成窗口1，2P，3P，4P，5P構(gòu)成窗口2，3P，4P，5P，6P構(gòu)成窗口3，以此類推，結(jié)合最小二乘方法進行局部曲線擬合。單個窗口所包含的點數(shù)、多項式階數(shù)可根據(jù)實際工程需要設(shè)置�！惰F路隧道設(shè)計規(guī)范》(TB10003—2016)指出：隧道內(nèi)的線路宜設(shè)計為直線，當因地形、地質(zhì)等條件限制必需設(shè)計為曲線時，(a)整體擬合法(較短距離)(b)整體擬合法(較長距離)圖4中線偏差Fig.4Midlinedeviation宜采用較大的曲線半徑，慎用最小曲線半徑，并宜將曲線設(shè)在洞口附近，隧道內(nèi)不應(yīng)設(shè)置反向曲線�！豆匪淼涝O(shè)計規(guī)范》(TB10003—2016)指出：當隧道設(shè)為曲線時，不宜采用設(shè)超高?
窗口的選取Fig.5Windowselection1P1P4P6
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于中軸線擬合的隧道點云去噪研究[J]. 王井利,李華健,王揮云. 沈陽建筑大學學報(自然科學版). 2019(04)
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[3]基于圓柱多段擬合的隧道中軸線提取方法研究[J]. 荊海峰,李廣云,王力,楊文鋒. 大地測量與地球動力學. 2018(02)
[4]基于三維點云的隧道全局中線提取方法及應(yīng)用[J]. 程云建,仇文革,雷勁. 湖南大學學報(自然科學版). 2017(09)
[5]一種真圓型隧道激光掃描斷面變形檢測新方法的研究[J]. 尤相駿,成俊. 隧道建設(shè). 2017(07)
[6]基于激光點云的隧道超欠挖檢測方法研究[J]. 許磊,王長進. 鐵道工程學報. 2016(12)
[7]基于橢圓柱面模型的隧道點云濾波方法[J]. 盧小平,朱寧寧,祿豐年. 武漢大學學報(信息科學版). 2016(11)
[8]基于中軸線的隧道點云去噪算法[J]. 程效軍,賈東峰,劉燕萍,程小龍. 同濟大學學報(自然科學版). 2015(08)
[9]基于地面三維激光掃描技術(shù)的隧道全斷面變形測量方法[J]. 謝雄耀,盧曉智,田海洋,季倩倩,李攀. 巖石力學與工程學報. 2013(11)
[10]基于三維激光掃描技術(shù)的隧道檢測技術(shù)研究[J]. 王令文,程效軍,萬程輝. 工程勘察. 2013(07)
碩士論文
[1]基于三維激光掃描技術(shù)的隧道連續(xù)斷面提取及變形分析[D]. 李雙.長安大學 2015
[2]三維激光掃描技術(shù)在隧道工程監(jiān)測中的應(yīng)用研究[D]. 胡琦佳.西南交通大學 2013
本文編號：3450753
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教材專著
