一种基于激光扫描的地铁隧道限界动态检测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109708615A(43)申请公布日2019.05.03(21)申请号201811565518.4(22)申请日2018.12.20(71)申请人上海同岩土木工程科技股份有限公司地址200092上海市杨浦区四平路1388号同济联合广场C座408室(72)发明人刘学增刘新根陈莹莹(74)专利代理机构上海浦东良风专利代理有限责任公司31113代理人张劲风(51)Int.Cl.G01C7/06(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称一种基于激光扫描的地铁隧道限界动态检测方法(57)摘要本发明涉及一种基于激光扫描的地铁隧道限界动态检测方法，主要解决隧道车辆限界、设备限界及建筑限界快速动态检测等技术问题。所述的地铁隧道限界动态检测方法包括步骤：S1、构建统一直角坐标系统及坐标系统修正；S2、利用地铁隧道变形检测车采集隧道内轮廓空间数据和定位数据；S3、数据预处理；S4、基于扫描数据对隧道限界进行实时分析；S5、保存当前扫描点云、轨面倾角、里程和限界几何模型数据，并输出隧道限界分析结果；S6、重复步骤S2~S5，可实时完成整个隧道的限界动态检测。CN109708615ACN109708615A权利要求书1/2页1.一种基于激光扫描的地铁隧道限界动态检测方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、构建统一直角坐标系统及坐标系统修正；S2、利用地铁隧道变形检测车采集隧道内轮廓空间数据和定位数据；S3、数据预处理；S4、基于扫描数据对隧道限界进行实时分析；S5、保存当前扫描点云、轨面倾角、里程和限界几何模型数据，并输出隧道限界分析结果；S6、重复步骤S2~S5，可实时完成整个隧道的限界动态检测。2.根据权利要求1所述的一种基于激光扫描的地铁隧道限界动态检测方法，其特征在于，所述步骤S1的具体操作如下：（1）采用地铁隧道的建筑限界坐标系为统一的直角坐标系，记为CaS，该坐标系为正交于轨道中心线的直角坐标，通过两轨道轨顶中心连线的中点O引出的水平坐标轴，用Y表示；通过该中点垂直于水平轴的坐标轴用Z表示，（2）二维激光扫描仪自带的坐标系，记为Css，Css为：原点为扫描镜头的中心点，水平向左为Y轴，竖向为Z轴，运动方向为X轴，（3）坐标系Css向坐标系CxS转换公式：式中，为二维激光扫描仪自带坐标系Css中坐标值；为统一的直角坐标系CaS中坐标值；、、为激光扫描仪安装位置固定参数，分别为距离两轨道轨顶中心连线的中点O的水平距离、高度及扫描仪安装倾角。3.根据权利要求1所述的一种基于激光扫描的地铁隧道限界动态检测方法，其特征在于，所述步骤S2的具体操作如下：（1）地铁隧道变形检测车采集设备包括二维激光扫描仪、编码器、二维倾角仪和笔记本电脑；（2）通过地铁隧道变形检测车的二维激光扫描仪对隧道内轮廓断面进行360°扫描，获得隧道内轮廓断面的激光扫描点云数据，记为C；（3）通过地铁隧道变形检测车的双编码器采集车行驶累计距离，该距离可转换为隧道里程数据，单个数据记录格式为index_yyyy_mm_dd_hh_mm_ss_bbb_increment，表示为激发序号_年_月_日_时_分_秒_毫秒_距离增量，两编码器分别安装于地铁隧道变形检测车的左右两侧的测距轮中，并利用时间同步器以确保两编码器输出的数据时间是一致的；（4）通过地铁隧道变形检测车的二维倾角仪采集检测车行驶当前左右轨道面的倾角，记为，单个数据记录格式为，index_yyyy_mm_dd_hh_mm_ss_bbb_angle，表示为采集序号_年_月_日_时_分_秒_毫秒_倾角值，通过时间检索并对里程进行插值可确定当前倾角数据对应的里程位置。4.根据权利要求1所述的一种基于激光扫描的地铁隧道限界动态检测方法，其特征在2CN109708615A权利要求书2/2页于，所述步骤S3的具体操作如下：（1）通过编码器采集的数据获取当前检测位置隧道里程数值KT，通过里程KT获取当前地铁限界几何模型Mk，当前检测位置隧道里程数值KT确定方法：获取检测当前时刻两编码器的累计距离KR、KL，求其平均值K=（KR+KL）*0.5，依据初始位置的里程K0可计算得到当前检测位置隧道里程数值KT=K0+Flag*K，当检测方向为大里程方向时，Flag取1，当检测方向为小里程方向时，Flag取-1；（2）获得当前检测位置左右轨道面的倾角及隧道内轮廓断面激光扫描点集P，对扫描点集进行除噪和坐标转换处理。5.根据权利要求4所述的一种基于激光扫描的地铁隧道限界动态检测方法，其特征在于，所述步骤（1）地铁限界获取具体操作如下：（1.1）地铁限界包括车辆限界、设备限界和建筑限界，对于特定的隧道在一定的时期内，地铁限界的几何尺寸是确定，其中车辆