專(zhuān)利名稱：一種基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隧道施工質(zhì)量評(píng)定的方法，尤其涉及一種基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法。
背景技術(shù)：
隧道鉆爆施工質(zhì)量關(guān)系到工程的安全與效益。對(duì)采用鉆爆法施工的深埋長(zhǎng)大隧道，其圍巖為非均質(zhì)各向異性不連續(xù)體，現(xiàn)有爆破設(shè)計(jì)參數(shù)大多依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和工程類(lèi)比經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，隨意調(diào)整爆破參數(shù)引發(fā)的問(wèn)題較為突出，現(xiàn)場(chǎng)爆破施工質(zhì)量不容樂(lè)觀，特別是隧道超欠挖情況較常見(jiàn)，如不加以控制，將會(huì)給隧道工程建設(shè)造成巨大的損失。
傳統(tǒng)的隧道鉆爆施工質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系單一，大多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用人為觀測(cè)評(píng)定爆破的效果，精度低，觀測(cè)范圍有限，難以真實(shí)評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量，不能對(duì)鉆爆設(shè)計(jì)施工提供參考，且對(duì)于爆破面的平整度、爆破輪廓線的規(guī)則性與光滑度、隧道超欠挖情況、爆破面炮孔利用率等具體爆破效果未進(jìn)行分級(jí)與定量化處理。實(shí)踐表明，僅根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)隧道鉆爆施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定是不夠的，缺乏系統(tǒng)和科學(xué)的隧道鉆爆施工質(zhì)量評(píng)定的理論、程序和方法，不可避免的會(huì)導(dǎo)致不合理甚至錯(cuò)誤的隧道鉆爆施工質(zhì)量評(píng)定的方法，從而造成不必要的浪費(fèi)或?yàn)?zāi)害，所以有必要開(kāi)展系統(tǒng)、全面的隧道鉆爆施工質(zhì)量評(píng)定方法、程序的研究，以科學(xué)、準(zhǔn)確地評(píng)估鉆爆施工質(zhì)量對(duì)隧道圍巖的應(yīng)力場(chǎng)、滲流場(chǎng)、結(jié)構(gòu)承載能力、承載狀態(tài)的影響規(guī)律和影響程度，即正確的判斷隧道鉆爆施工質(zhì)量，以便于采取及時(shí)有效的鉆爆施工方法，避免鉆爆施工質(zhì)量事故的發(fā)生，減少隧道超欠挖，提高經(jīng)濟(jì)效益。相比傳統(tǒng)的隧道鉆爆施工質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，三維激光掃描方法具有快速、準(zhǔn)確、精度高、測(cè)量范圍廣、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有的三維激光掃描方法主要涉及基于三維激光掃描數(shù)據(jù)的物體立面矢量化方法、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)坡面尺度侵蝕發(fā)育過(guò)程、喬木三維綠量測(cè)定方法、樹(shù)木測(cè)量、地質(zhì)體結(jié)構(gòu)面三維激光掃描點(diǎn)云識(shí)別方法等方面，而有關(guān)隧道鉆爆施工質(zhì)量評(píng)定的方法鮮有報(bào)道。中國(guó)專(zhuān)利CN102136155A基于三維激光掃描數(shù)據(jù)的物體里面矢量化方法和系統(tǒng)，方法步驟主要包括區(qū)域分割，邊界提取，邊界融合和邊界修正，不具備對(duì)隧道施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)的功能，不能用于隧道鉆爆施工質(zhì)量評(píng)價(jià)。中國(guó)專(zhuān)利CN102305622A —種基于三維激光掃描儀的喬木三維綠量測(cè)定方法，根據(jù)公共參考球把用三維激光掃描系統(tǒng)在三個(gè)不同方向掃描站的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，形成完整的單株喬木形狀的點(diǎn)云并最終生成單株喬木樹(shù)冠點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并并其分割為若干區(qū)分段，按照等距計(jì)算不規(guī)則面的面積，得到單株喬木的三維綠化量。這種三維激光掃描方法只能用于森林工程，并不能用作隧道工程質(zhì)量評(píng)定。中國(guó)專(zhuān)利CN101793543A利用三維激光掃描技術(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)坡面尺度侵蝕發(fā)育過(guò)程的研究方法，包括的步驟有劃定測(cè)量區(qū)域并貼反光材料，對(duì)各點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一拼合，測(cè)量區(qū)域裁剪，導(dǎo)入地理信息系統(tǒng)軟件分析。這種三維激光掃描技術(shù)也只能用于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)坡面尺度侵蝕發(fā)育過(guò)程，且沒(méi)有對(duì)后處理軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，同時(shí)也不能用于隧道過(guò)程鉆爆質(zhì)量評(píng)定。中國(guó)專(zhuān)利CN102096944A地質(zhì)體結(jié)構(gòu)面三維激光掃描點(diǎn)云識(shí)別方法，分6個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)對(duì)高陡邊坡地質(zhì)調(diào)查與快速地質(zhì)編錄，主要包括確定地質(zhì)體結(jié)構(gòu)面掃描范圍，通過(guò)三個(gè)不在同一直線上的點(diǎn)坐標(biāo)確定需要掃描的地質(zhì)體結(jié)構(gòu)面范圍的一個(gè)面，通過(guò)三個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)獲得平面方程，掃描結(jié)構(gòu)面出露面上的所有點(diǎn)，重新選擇下一個(gè)地質(zhì)體結(jié)構(gòu)面，提取結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀參數(shù)并進(jìn)行結(jié)構(gòu)面擬合。這個(gè)方法同樣不能用于隧道工程鉆爆施工質(zhì)量評(píng)定，僅能解決高陸邊坡地質(zhì)調(diào)查與快速地質(zhì)編錄。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法，該方法具有快速、準(zhǔn)確、精度高、測(cè)量范圍廣、適用性強(qiáng)的特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下 本發(fā)明提供了一種基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法，該方法包括以下步驟首先采用隧道數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)，然后采用隧道數(shù)據(jù)前處理模塊對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果構(gòu)建隧道三維模型構(gòu)建模塊，采用隧道三維模型后處理模塊進(jìn)行后處理，最后采用隧道鉆爆質(zhì)量評(píng)價(jià)模塊對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。所述的隧道數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)包括以下步驟(I)利用三維激光掃描儀和全站儀分別對(duì)隧道數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；(2)三維激光掃描儀獲取隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)和隧道影像數(shù)據(jù)，全站儀獲取隧道參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)；(3)在隧道現(xiàn)場(chǎng)布置好三維激光掃描儀，完成隧道測(cè)站布設(shè)、后視點(diǎn)坐標(biāo)掃描、測(cè)站坐標(biāo)掃描、隧道場(chǎng)景粗掃描、隧道場(chǎng)景精掃描；(4)在上述基礎(chǔ)上，獲得隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)和隧道影像數(shù)據(jù)。所述的隧道數(shù)據(jù)前處理模塊對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理包括以下步驟(I)把采集的隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)和隧道影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入隧道數(shù)據(jù)前處理模塊，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；(2)基于軟件Visual C++6. O和Matlab 7. O,對(duì)反射體標(biāo)識(shí)進(jìn)行識(shí)別；無(wú)反射體標(biāo)識(shí)時(shí)，立即對(duì)特征進(jìn)行采集；有反射體標(biāo)識(shí)時(shí)，對(duì)反射體標(biāo)識(shí)進(jìn)行采集；(3)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行序列拼接、整體匹配，達(dá)到數(shù)據(jù)融合，查看是否為最后一幅掃描數(shù)據(jù)圖形，如為是，則隧道多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接完成，如為否，必須重新對(duì)隧道多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接匹配，重復(fù)步驟(2)和步驟
(3)直到達(dá)到符合要求為止。所述的預(yù)處理包括坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)去除冗余、數(shù)據(jù)去除噪聲或數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)。所述的構(gòu)建隧道三維模型構(gòu)建模塊包括以下步驟基于隧道多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接，對(duì)隧道幾何體擬合構(gòu)建隧道三維模型構(gòu)建模塊。所述的對(duì)隧道幾何體擬合包括點(diǎn)擬合、曲線擬合、曲面擬合、圓柱擬合、圓錐擬合或矢量線擬合。所述的采用隧道三維模型后處理模塊進(jìn)行后處理包括以下步驟基于隧道三維模型構(gòu)建模塊對(duì)隧道三維模型進(jìn)行后處理，然后測(cè)量隧道的幾何尺寸。所述的基于隧道三維模型構(gòu)建模塊對(duì)隧道三維模型進(jìn)行后處理包括紋理映射、拓?fù)浞治觥⒙┒葱扪a(bǔ)、陰影去除或模型簡(jiǎn)化。所述的測(cè)量隧道的幾何尺寸包括距離量測(cè)、角度量測(cè)、面積量測(cè)或體積量測(cè)。所述的采用隧道鉆爆質(zhì)量評(píng)價(jià)模塊對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)包括以下步驟計(jì)算各種評(píng)價(jià)因子，輸出隧道三維模型，顯示隧道三維模型，轉(zhuǎn)換隧道三維模型格式。所述的計(jì)算各種評(píng)價(jià)因子包括計(jì)算爆破面平整度、計(jì)算爆破輪廓線光滑度、計(jì)算爆破面半孔率、計(jì)算爆破面炮孔利用率、計(jì)算爆破超欠挖矢量值、計(jì)算爆破超欠挖面積、計(jì)算爆破實(shí)測(cè)面積或計(jì)算爆破理論面積。所述的輸出隧道三維模型包括輸出隧道斷面圖或輸出隧道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。所述的顯示隧道三維模型包括模型縮放、模型旋轉(zhuǎn)或模型平移。所述的轉(zhuǎn)換隧道三維模型格式包括DWG、IGES或STL。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果I、本發(fā)明方法具有快速性應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行隧道鉆爆施工數(shù)據(jù)采集與質(zhì)量評(píng)定，速度非常快，可以及時(shí)測(cè)定隧道爆破施工的三維立體信息，反映鉆爆施工的平整度，超欠挖情況。2、本發(fā)明方法具有高精度三維激光掃描技術(shù)通過(guò)對(duì)目標(biāo)的直接掃描來(lái)描述目標(biāo)的特征，不易受外界干擾，精度高。3、本發(fā)明方法具有高景深三維激光掃描射程遠(yuǎn)，采集數(shù)據(jù)方便，可以獲得高景深，能縱深范圍對(duì)隧道進(jìn)行掃描，并對(duì)隧道鉆爆施工過(guò)程圍巖的應(yīng)力場(chǎng)、滲流場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。4、本發(fā)明方法具有不接觸性應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)不需要接觸隧道，就可獲得隧道表面的三維信息，適用于測(cè)量人無(wú)法到達(dá)的隧道危險(xiǎn)區(qū)域，彌補(bǔ)了高地應(yīng)力巖爆隧道施工質(zhì)量評(píng)價(jià)的缺陷，減少了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的危險(xiǎn)性。
5、本發(fā)明方法具有測(cè)量范圍廣，適用性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高，可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法的工作流程示意圖。圖2為本發(fā)明基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法在隧道數(shù)據(jù)采集模塊下工作流程圖。圖3為本發(fā)明基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法在隧道數(shù)據(jù)前處理模塊下工作流程圖。圖4為本發(fā)明基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法在隧道三維模型構(gòu)建模塊下工作流程圖。圖5為本發(fā)明基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法在隧道三維模型后處理模塊下工作流程圖。圖6為本發(fā)明基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法在隧道鉆爆質(zhì)量評(píng)價(jià)模塊下工作流程圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例如圖I所示，圖I為本發(fā)明基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法的工作流程示意圖。一種基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法，該方法包括以下步驟首先采用隧道數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)，然后采用隧道數(shù)據(jù)前處理模塊對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果構(gòu)建隧道三維模型構(gòu)建模塊，采用隧道三維模型后處理模塊進(jìn)行后處理，最后采用隧道鉆爆質(zhì)量評(píng)價(jià)模塊對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。各模塊具體實(shí)現(xiàn)方法為I.隧道數(shù)據(jù)采集模塊如圖2所示，圖2為本發(fā)明基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法在隧道數(shù)據(jù)采集模塊下工作流程圖。
隧道數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)方法為(I)利用三維激光掃描儀和全站儀分別對(duì)隧道數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，三維激光掃描儀和全站儀在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集前必須進(jìn)行誤差校核，確保掃描精度和大范圍掃描；(2)三維激光掃描儀獲取隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)和隧道影像數(shù)據(jù)，全站儀獲取隧道點(diǎn)云參考數(shù)據(jù)，為隧道多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接提供數(shù)據(jù)源；(3)在隧道現(xiàn)場(chǎng)布置好三維激光掃描儀，完成隧道測(cè)站布設(shè)、后視點(diǎn)坐標(biāo)掃描、測(cè)站坐標(biāo)掃描、隧道場(chǎng)景粗掃描、隧道場(chǎng)景精掃描；(4)在上述基礎(chǔ)上，獲得隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)和隧道影像數(shù)據(jù)?？紤]鉆爆隧道懸浮顆粒多，噪音較大、地面震動(dòng)明顯，各掃描站之間的距離不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)，同時(shí)要保證相鄰兩個(gè)掃描站間的重疊度大于40%，以便獲取較完整的鉆爆隧道洞型數(shù)據(jù)。用于點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接用的控制標(biāo)靶采用球形標(biāo)靶，每一站之間設(shè)置不少于4個(gè)控制標(biāo)靶，遵循近似三角形原理，以獲得測(cè)量區(qū)域的整體坐標(biāo)配準(zhǔn)精度，同時(shí)要注意靶標(biāo)距離掃描儀的位置不能太遠(yuǎn)，否則靶標(biāo)中心的識(shí)別精度降低。2.隧道數(shù)據(jù)前處理模塊如圖3所示，圖3為本發(fā)明基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法在隧道數(shù)據(jù)前處理模塊下工作流程圖。隧道數(shù)據(jù)前處理模塊實(shí)現(xiàn)方法為(I)把采集的隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)和隧道影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入隧道數(shù)據(jù)前處理模塊，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)去除冗余、數(shù)據(jù)去除噪聲、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)；(2)基于Visual C++6. O和Matlab7. O,對(duì)反射體標(biāo)識(shí)進(jìn)行識(shí)別，無(wú)反射體標(biāo)識(shí)時(shí)，立即對(duì)特征進(jìn)行采集，有反射體標(biāo)識(shí)時(shí)，對(duì)反射體標(biāo)識(shí)進(jìn)行采集；(3)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行序列拼接、整體匹配，達(dá)到數(shù)據(jù)融合，查看是否為最后一幅掃描數(shù)據(jù)圖形，如為是，則隧道多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接完成，如為否，必須重新對(duì)隧道多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接匹配，直到達(dá)到符合要求為止。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法主要是利用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)的方法將模型線性化，然后解算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的三個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)Xo、Yo、Ztl，三個(gè)平移參數(shù)εχ、ey> εζ，一個(gè)尺度參數(shù)δ u，實(shí)現(xiàn)三維激光掃描技術(shù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)去除冗余主要指經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)的隧道多站掃描數(shù)據(jù)存在重疊，必須對(duì)其造成的掃描數(shù)據(jù)去除冗余。數(shù)據(jù)去除噪聲主要針對(duì)數(shù)據(jù)采集時(shí)激光雷達(dá)旋轉(zhuǎn)引起的抖動(dòng)、運(yùn)動(dòng)物體干擾、掃描過(guò)程中的雜散光和背景光、接收信號(hào)的信噪比、激光束寬度、激光發(fā)散、激光波長(zhǎng)、接收器反應(yīng)、電子鐘準(zhǔn)確度、平臺(tái)的定位定向準(zhǔn)確度等產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行去除，主要采用手工刪除與系統(tǒng)自動(dòng)判斷的方法進(jìn)行?；赩isual C++6. O和Matlab 7. O,對(duì)反射體標(biāo)識(shí)進(jìn)行識(shí)別，實(shí)現(xiàn)不同測(cè)站下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到同一個(gè)測(cè)站下，采用的主要方法是在Visual C++6. O中調(diào)用Matlab 7. O函數(shù)庫(kù)，然后使用Matlab 7. O的各種矩陣運(yùn)算，根據(jù)掃描需要選擇的同名標(biāo)靶所包含的已知坐標(biāo)數(shù)據(jù)，解算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣，最終實(shí)現(xiàn)隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接。3.隧道三維模型構(gòu)建模塊如圖4所示，圖4為本發(fā)明基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法在隧道三維模型構(gòu)建模塊下工作流程圖。
隧道三維模型構(gòu)建模塊實(shí)現(xiàn)方法為(1)基于隧道多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接，對(duì)隧道幾何體擬合，主要包括點(diǎn)擬合、曲線擬合、曲面擬合、圓柱擬合、圓錐擬合和矢量線擬合；(2)基于上述工作，完成隧道三維模型構(gòu)建。4.隧道三維模型后處理模塊如圖5所示，圖5為本發(fā)明基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法在隧道三維模型后處理模塊下工作流程圖。隧道三維模型后處理模塊實(shí)現(xiàn)方法為(I)基于隧道三維構(gòu)建模型，對(duì)隧道三維模型進(jìn)行后處理，主要包括紋理映射、拓?fù)浞治?、漏洞修補(bǔ)、陰影去除、模型簡(jiǎn)化；(2)隧道幾何尺寸量測(cè)，包括距離量測(cè)、角度量測(cè)、面積量測(cè)、體積量測(cè)。5.隧道鉆爆質(zhì)量評(píng)價(jià)模塊如圖6所示，圖6為本發(fā)明基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法在隧道鉆爆質(zhì)量評(píng)價(jià)模塊下工作流程圖。隧道鉆爆質(zhì)量評(píng)價(jià)模塊實(shí)現(xiàn)方法為(1)各種評(píng)價(jià)因子的計(jì)算，主要包括爆破面平整度計(jì)算、爆破輪廓線光滑度計(jì)算、爆破面半孔率計(jì)算、爆破面炮孔利用率計(jì)算、爆破超欠挖矢量值計(jì)算、爆破超欠挖面積計(jì)算、爆破實(shí)測(cè)面積計(jì)算、爆破理論面積計(jì)算；(2)隧道三維模型輸出，包括隧道斷面圖輸出、隧道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸出；(3)隧道三維模型顯示，包括模型縮放、模型旋轉(zhuǎn)、模型平移；(4)隧道三維模型格式轉(zhuǎn)換，主要格式包括DWG、IGES、STL。隧道鉆爆質(zhì)量評(píng)價(jià)模塊，主要是利用可視化編程語(yǔ)言DelPhi對(duì)隧道三維模型進(jìn)行評(píng)估，在隧道鉆爆施工前對(duì)其開(kāi)挖面范圍進(jìn)行一次激光掃描，獲取隧道洞型三維立體影像，在隧道鉆爆開(kāi)挖完成后，再進(jìn)行一次掃描或?qū)呙枥щy區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)掃，將先后掃描獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)果疊加一起進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道各斷面掃描點(diǎn)相對(duì)于設(shè)計(jì)橫斷面超欠挖值的計(jì)算，隧道整個(gè)橫截面實(shí)測(cè)面積與超欠挖面積的計(jì)算，以及爆破面平整度、爆破輪廓線光滑度、爆破面半孔率計(jì)算等。上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法，其特征在于該方法包括以下步驟首先采用隧道數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)，然后采用隧道數(shù)據(jù)前處理模塊對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果構(gòu)建隧道三維模型構(gòu)建模塊，采用隧道三維模型后處理模塊進(jìn)行后處理，最后采用隧道鉆爆質(zhì)量評(píng)價(jià)模塊對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法，其特征在于所述的隧道數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)包括以下步驟(1)利用三維激光掃描儀和全站儀分別對(duì)隧道數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；(2)三維激光掃描儀獲取隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)和隧道影像數(shù)據(jù)，全站儀獲取隧道參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)；(3)在隧道現(xiàn)場(chǎng)布置好三維激光掃描儀，完成隧道測(cè)站布設(shè)、后視點(diǎn)坐標(biāo)掃描、測(cè)站坐標(biāo)掃描、隧道場(chǎng)景粗掃描、隧道場(chǎng)景精掃描；(4)在上述基礎(chǔ)上，獲得隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)和隧道影像數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法，其特征在于所述的隧道數(shù)據(jù)前處理模塊對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理包括以下步驟(I)把采集的隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)和隧道影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入隧道數(shù)據(jù)前處理模塊，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；(2)基于軟件Visual C++6. O和Matlab7. O，對(duì)反射體標(biāo)識(shí)進(jìn)行識(shí)別；無(wú)反射體標(biāo)識(shí)時(shí)，立即對(duì)特征進(jìn)行采集；有反射體標(biāo)識(shí)時(shí)，對(duì)反射體標(biāo)識(shí)進(jìn)行采集；(3)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行序列拼接、整體匹配，達(dá)到數(shù)據(jù)融合，查看是否為最后一幅掃描數(shù)據(jù)圖形，如為是，則隧道多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接完成，如為否，必須重新對(duì)隧道多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接匹配，重復(fù)步驟(2)和步驟(3)直到達(dá)到符合要求為止。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法，其特征在于所述的預(yù)處理包括坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)去除冗余、數(shù)據(jù)去除噪聲或數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法，其特征在于所述的構(gòu)建隧道三維模型構(gòu)建模塊包括以下步驟基于隧道多視點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接，對(duì)隧道幾何體擬合構(gòu)建隧道三維模型構(gòu)建模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法，其特征在于所述的對(duì)隧道幾何體擬合包括點(diǎn)擬合、曲線擬合、曲面擬合、圓柱擬合、圓錐擬合或矢量線擬合。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法，其特征在于所述的采用隧道三維模型后處理模塊進(jìn)行后處理包括以下步驟基于隧道三維模型構(gòu)建模塊對(duì)隧道三維模型進(jìn)行后處理，然后測(cè)量隧道的幾何尺寸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法，其特征在于所述的基于隧道三維模型構(gòu)建模塊對(duì)隧道三維模型進(jìn)行后處理包括紋理映射、拓?fù)浞治?、漏洞修補(bǔ)、陰影去除或模型簡(jiǎn)化； 所述的測(cè)量隧道的幾何尺寸包括距離量測(cè)、角度量測(cè)、面積量測(cè)或體積量測(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法，其特征在于所述的采用隧道鉆爆質(zhì)量評(píng)價(jià)模塊對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)包括以下步驟計(jì)算各種評(píng)價(jià)因子，輸出隧道三維模型，顯示隧道三維模型，轉(zhuǎn)換隧道三維模型格式。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法，其特征在于所述的計(jì)算各種評(píng)價(jià)因子包括計(jì)算爆破面平整度、計(jì)算爆破輪廓線光滑度、計(jì)算爆破面半孔率、計(jì)算爆破面炮孔利用率、計(jì)算爆破超欠挖矢量值、計(jì)算爆破超欠挖面積、計(jì)算爆破實(shí)測(cè)面積或計(jì)算爆破理論面積； 所述的輸出隧道三維模型包括輸出隧道斷面圖或輸出隧道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)； 所述的顯示隧道三維模型包括模型縮放、模型旋轉(zhuǎn)或模型平移； 所述的轉(zhuǎn)換隧道三維模型格式包括 DWG、IGES或STL。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種隧道施工質(zhì)量評(píng)定的方法，公開(kāi)了一種基于三維激光掃描評(píng)定隧道鉆爆施工質(zhì)量的方法，該方法包括以下步驟首先采用隧道數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)，然后采用隧道數(shù)據(jù)前處理模塊對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果構(gòu)建隧道三維模型構(gòu)建模塊，采用隧道三維模型后處理模塊進(jìn)行后處理，最后采用隧道鉆爆質(zhì)量評(píng)價(jià)模塊對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。本發(fā)明方法具有測(cè)量范圍廣，適用性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高，可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01D21/02GK102798412SQ20121027039
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者王建秀, 鄒寶平, 黃天榮, 司鵬飛 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)