隨著我國交通事業(yè)的大發(fā)展,地鐵、鐵路、公路等交通設(shè)施建設(shè)日新月異,隧道工程建設(shè)也呈現(xiàn)持續(xù)上升狀態(tài),其中隧道質(zhì)量問題成為隧道建設(shè)、線路運(yùn)營的關(guān)鍵因素,為使得人民生命財(cái)產(chǎn)安全得到有效保障,對隧道工程進(jìn)行全生命周期的形變監(jiān)測具有十分重要的意義。隨著三維激光掃描技術(shù)的迅速發(fā)展,以及所具備測量速度快,持續(xù)性好,精度高,可進(jìn)行三維可視化表達(dá),抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于三維建模、文物保護(hù)和變形監(jiān)測等領(lǐng)域。將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于隧道的形變監(jiān)測中,重點(diǎn)研究點(diǎn)云數(shù)據(jù)濾波去噪、中軸線提取、隧道連續(xù)斷面提取、斷面形變分析、點(diǎn)云中提取隧道平曲線要素、點(diǎn)云數(shù)據(jù)多期整體疊加對比分析等關(guān)鍵技術(shù),旨在建立一套完整的點(diǎn)云隧道監(jiān)測模型,通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以更加高效全面的對隧道形變信息進(jìn)行提取、分析,為隧道工程的監(jiān)測、驗(yàn)收以及運(yùn)營維護(hù)提供新的途徑。本文在點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理和隧道形變信息提取中主要完成以下工作:(1)研究分析三種隧道點(diǎn)云中軸線的提取算法,從這三種提取算法中選取最適合、最高效的中軸線提取算法。從三維點(diǎn)云中提取隧道中軸線是研究隧道變形監(jiān)測的基礎(chǔ),中軸線可以為后期提取隧道連續(xù)斷面提供依據(jù),也可以為后期提取隧道平面曲線要素提供基礎(chǔ)。(2)對隧道點(diǎn)云按里程進(jìn)行連續(xù)斷面提取,并將得到的斷面進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后投影到XOZ面上采用橢圓模型對斷面進(jìn)行擬合去噪,并對斷面的橢圓度、長短半軸、凈空收斂值等進(jìn)行計(jì)算分析,分析隧道在空間上的形變量;為更好的分析隧道斷面的形變機(jī)理,通過RGB顏色變化來表示斷面的收斂情況,柱狀圖表示斷面各級形變量所占的比例,折線圖表示斷面形變趨勢,對整個(gè)斷面的形變進(jìn)行詳細(xì)分析。(3)為提取隧道平曲線要素,本文引入曲率特征算法,通過直線、緩和曲線、圓曲線的曲率特征不同對隧道平曲線進(jìn)行大致分段,根據(jù)得到的直線參數(shù)和圓曲線參數(shù)不斷迭代以及運(yùn)用正交最小二乘法不斷優(yōu)化得到精確的平曲線參數(shù)。(4)為使公路隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以進(jìn)行多期對比分析,本文提出固定基準(zhǔn)點(diǎn)法,該方法不僅統(tǒng)一公路隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)每一期的坐標(biāo)系,而且還提高了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度。統(tǒng)一坐標(biāo)系后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加,不僅可以對隧道拱頂和底部進(jìn)行沉降分析,還可以通過規(guī)則格網(wǎng)化后對隧道進(jìn)行整體的疊加分析。將疊加后的結(jié)果與點(diǎn)云對比軟件Cloudcompare的結(jié)果進(jìn)行對比,結(jié)果基本一致。
【學(xué)位單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U456
【部分圖文】：

蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文技術(shù)及隧道監(jiān)測應(yīng)用方案設(shè)計(jì)技術(shù)是一種先進(jìn)的立體掃描技術(shù)，是利用三維激，然后由得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成待測物體的三維模型過對點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理，可以重現(xiàn)被掃描物體表面描系統(tǒng)基本原理儀構(gòu)造主要有掃描棱鏡、控制器、計(jì)算機(jī)處理器激光測距儀，進(jìn)行均勻角速度掃描，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)

圖 2.2 三維激光掃描定位原理距離，α為掃描儀測得的水平角，坐標(biāo)就可表示為：cos coscos sinsinx Sy Sz S 分類照載體和使用范圍可以將三維系統(tǒng)、機(jī)載型激光掃描系統(tǒng)和車統(tǒng)是將小型掃描儀、GPS 系統(tǒng)、廣泛應(yīng)用于快速獲得三維地形數(shù)還有一定的技術(shù)難題；

圖 2.3 機(jī)載、車載、便攜式、地面式三維激光掃描儀 按掃描原理分類根據(jù)三維激光掃描技術(shù)的原理可以分為相位式、脈沖式、三角測距式三種掃描系統(tǒng)式掃描系統(tǒng)是基于測量激光信號往返形成的正弦波對應(yīng)的相位差，間接測出激光間，再根據(jù)激光傳播速度，求出待測距離，可實(shí)現(xiàn)較高的測量精度；脈沖式掃描于全站儀，由激光發(fā)射器發(fā)射激光脈沖信號，脈沖信號到達(dá)物體表面后反射到儀器，通過內(nèi)部接收器計(jì)算物體與儀器的距離和角度，即可得到目標(biāo)點(diǎn)三維坐標(biāo)，到空氣折射影響，點(diǎn)位精度較低，但是可進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量；三角法測距是借助三何關(guān)系，空間平面三角關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，適用于近距離掃描，速率快，精度高，例式掃描儀。 掃描儀種類隨著近幾年三維掃描技術(shù)的快速發(fā)展，市場上三維激光掃描儀出現(xiàn)多種品牌，各的三維激光掃描儀功能基本上是一致的，但是在測量范圍、測量精度、測量速度
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本文編號：2864489