本發(fā)明涉及隧道病害檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種不規(guī)則斷面隧道內(nèi)壁影像投影展開方法。

背景技術(shù)：

目前三維激光掃描儀作為一種新型的測(cè)繪儀器，它可以不接觸目標(biāo)并能快速、精確地獲取目標(biāo)的三維點(diǎn)坐標(biāo)和反射率信息，通過該信息解算出的隧道內(nèi)壁正射影像可為地鐵隧道維護(hù)工作提供便利，通過對(duì)影像上各類附屬設(shè)施及病害信息的識(shí)別和判讀，可獲得所需要素的位置信息和形狀信息等。

根據(jù)隧道用途及施工方法等因素要求，目前的地鐵區(qū)間隧道主要有暗挖馬蹄形斷面隧道、圓形盾構(gòu)斷面隧道、明挖矩形斷面隧道。常用的投影方式為等角度投影，但只適用于圓形盾構(gòu)隧道，對(duì)于其他類型的隧道會(huì)發(fā)生投影變形，造成影像上各要素位置與形狀等量測(cè)不準(zhǔn)確，目前如何將不同形狀的空間斷面投影展開成平面圖形并且保證影像上各要素相對(duì)位置不變還沒有統(tǒng)一的方法可循。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種不規(guī)則斷面隧道內(nèi)壁影像投影展開方法，通過將隧道三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割為若干斷面，然后按天頂距排列掃描點(diǎn)再結(jié)合掃描點(diǎn)之間的距離生成展開后的二維點(diǎn)云坐標(biāo)數(shù)據(jù)，再經(jīng)反距離權(quán)重法插值形成隧道內(nèi)壁影像，保證影像上各要素位置與形狀等量測(cè)準(zhǔn)確。

本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成：

一種不規(guī)則斷面隧道內(nèi)壁影像投影展開方法，其特征在于：所述方法至少包括以下步驟：將隧道原始點(diǎn)云數(shù)沿里程方向分割成若干斷面；計(jì)算各所述斷面的斷面重心，將所述斷面重心作為斷面中心，以所述斷面中心垂直水平面向上的方向作為天頂正方向；計(jì)算斷面內(nèi)各掃描點(diǎn)到所述斷面中心的連線與所述天頂正方向之間的夾角，記為天頂距，將所有掃描點(diǎn)按天頂距的大小進(jìn)行排序；以天頂距最小或最大的掃描點(diǎn)為起點(diǎn)按排序順序求取前后兩個(gè)掃描點(diǎn)之間的間距；以作為起點(diǎn)的掃描點(diǎn)的坐標(biāo)為基準(zhǔn)，結(jié)合所求得的前后兩個(gè)掃描點(diǎn)之間的間距，確定每個(gè)掃描點(diǎn)在其斷面內(nèi)的坐標(biāo)；結(jié)合每個(gè)掃描點(diǎn)在其斷面內(nèi)的坐標(biāo)位置和其反射率信息進(jìn)行插值生成隧道內(nèi)壁影像。

確定每個(gè)掃描點(diǎn)在其斷面內(nèi)的坐標(biāo)位置是通過，重設(shè)作為起點(diǎn)的掃描點(diǎn)坐標(biāo)為（），其中橫坐標(biāo)為第i個(gè)斷面的里程，縱坐標(biāo)為固定值，即所有斷面的所述起點(diǎn)的縱坐標(biāo)相同；以所述起點(diǎn)縱坐標(biāo)作為基準(zhǔn)，逐步累加所求得的前后兩個(gè)掃描點(diǎn)之間的間距，從而確定每個(gè)掃描點(diǎn)在其斷面內(nèi)的坐標(biāo)。

第i個(gè)斷面，第j個(gè)掃描點(diǎn)在其斷面的投影坐標(biāo)為)，其中為第i個(gè)斷面的里程，的計(jì)算公式為

，其中為第i個(gè)斷面內(nèi)所述起點(diǎn)的縱坐標(biāo)，為該斷面內(nèi)，該掃描點(diǎn)與所述起點(diǎn)之間各掃描點(diǎn)的間距的求和。

采用反距離權(quán)重法進(jìn)行插值生成隧道內(nèi)壁影像。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：適用于任何不規(guī)則斷面隧道的內(nèi)壁影像生成，適用范圍廣；保證影像上各要素相對(duì)位置不變，能夠保證精確度，可通過影像精確定位隧道病害的發(fā)生位置，便于對(duì)病害進(jìn)行處理；簡(jiǎn)單便利，適于推廣。

附圖說明

圖1為原始隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖；

圖2為本發(fā)明隧道分割后的切片數(shù)據(jù)圖；

圖3為單個(gè)斷面內(nèi)按天頂距從小到大排序的起點(diǎn)坐標(biāo)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解：

實(shí)施例：本實(shí)施例中不規(guī)則斷面隧道內(nèi)壁影像投影展開方法包括以下步驟：

1）斷面提?。河扇S激光掃描儀掃描得到的原始隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)形狀為狹長(zhǎng)形的柱狀體，如圖1所示。沿隧道里程方向y將原始隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割成若干切片，每個(gè)切片即為隧道的斷面。如圖2所示，隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割成斷面i，i為斷面數(shù)量的變量值，可在斷面數(shù)量這一變量中進(jìn)行取值；舉例而言，若將隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割為1000個(gè)斷面時(shí)，i的取值范圍為1-1000。

2）斷面中心計(jì)算：計(jì)算各斷面的斷面重心，以斷面重心作為斷面中心，并且以斷面中心垂直水平面向上的方向作為天頂正方向，即為圖3所示的z軸方向。如圖2所示，圖中斷面中心為點(diǎn)o。圖3所示的斷面由若干密集排列的掃描點(diǎn)構(gòu)成。

3）斷面內(nèi)掃描點(diǎn)排序及起點(diǎn)確定：計(jì)算斷面內(nèi)各掃描點(diǎn)到斷面中心的連線與天頂正方向的夾角，該夾角為天頂距θ，范圍-180°至180°，如圖3所示。將所有掃描點(diǎn)按天頂距從小到大（或從大到小）進(jìn)行排序，假設(shè)每一斷面上共有r個(gè)掃描點(diǎn)，以天頂距最?。ɑ蜃畲螅┑膾呙椟c(diǎn)（x1,z1）為起點(diǎn)。圖3所示的作為起點(diǎn)的掃描點(diǎn)（x1,z1）為天頂距最大的掃描點(diǎn)，由于y方向?yàn)槔锍谭较?，而在斷面?nèi)無里程方向，因此設(shè)該起點(diǎn)坐標(biāo)為（x1,z1），其中x1,z1為點(diǎn)云坐標(biāo)。

4）計(jì)算斷面內(nèi)的掃描點(diǎn)間距：從每個(gè)斷面的起點(diǎn)開始，按排序順序求取前后兩個(gè)掃描點(diǎn)之間的距離。，，記為，其中xr，zr為斷面內(nèi)某一掃描點(diǎn)的點(diǎn)云坐標(biāo)（xr，zr），xr-1，zr-1為該掃描點(diǎn)的前一掃描點(diǎn)的點(diǎn)云坐標(biāo)（xr-1，zr-1），r代表該掃描點(diǎn)在所處斷面內(nèi)的點(diǎn)號(hào)。

5）確定每個(gè)掃描點(diǎn)的投影展開坐標(biāo)：將二維斷面內(nèi)掃描點(diǎn)以天頂方向?yàn)榛鶞?zhǔn)線展開。重設(shè)起點(diǎn)坐標(biāo)為（），其中橫坐標(biāo)為第i個(gè)斷面的里程，縱坐標(biāo)為一固定值，所有斷面起點(diǎn)縱坐標(biāo)一致。以起點(diǎn)縱坐標(biāo)為基準(zhǔn)，逐步累加兩個(gè)掃描點(diǎn)之間的距離，記為在斷面平面內(nèi)第j個(gè)掃描點(diǎn)的縱坐標(biāo)。則第i個(gè)斷面，第j個(gè)掃描點(diǎn)的投影坐標(biāo)為)，其中為該掃描點(diǎn)所在的第i個(gè)斷面的里程，的計(jì)算公式為：

，其中為第i個(gè)斷面內(nèi)起點(diǎn)的縱坐標(biāo)，為該斷面內(nèi)，該掃描點(diǎn)與起點(diǎn)之間各掃描點(diǎn)的間距的求和。

6）插值生成影像：確定每個(gè)掃描點(diǎn)在二維平面內(nèi)的坐標(biāo)位置后，根據(jù)每個(gè)掃描點(diǎn)的反射率信息采用反距離權(quán)重法進(jìn)行插值生成隧道內(nèi)壁影像。