电缆隧道切片点云的自动提取及几何参数分析

针对基准面与隧道内壁点云法向量及地面的关系,提出了自动提取隧道内壁切片点云数据算法。该算法利用三维激光扫描的隧道内壁点云数据进行法向量的解算,根据正交整体最小二乘进行隧道地面的拟合,利用基准面与地平面垂直及基准面与内壁点云法向量平行的关系进行最佳基准面的搜索,通过搜索到的基准面进行切片点云的提取。通过该算法可以在无标靶情况下自动获取切片点云。通过切片可以计算隧道内部的重心、重心距及重心到顶面的距离等几何参数,利用计算的几何参数可以随时监视隧道内壁的变化状况。对不同时期的隧道切片进行对比分析便可实现不同地段隧道的变形情况。     

基于激光扫描的盾构隧道断面提取与变形研究

将三维激光扫描技术应用于盾构隧道变形监测中,提出了一种盾构隧道断面连续提取以及变形分析的方法。首先对拼接完成的点云数据利用随机采样一致性算法提取隧道局部中轴线,基于中轴线对隧道姿态进行调整以截取隧道断面,然后通过聚类去噪算法,基于点到中轴线的距离和灰度值对断面点云进行去噪处理,最后对批量预处理后的点云数据采用椭圆拟合算法获取隧道相对变形信息,提取各断面收敛变形信息,同时基于断面各点变形值生成三维变形云图。采用徕卡Scanstation c10获取上海地铁10号线隧道点云数据,实验证明本文所提出的方法在隧道断面变形监测方面具有实践意义,变形监测精度满足工程需求。     

基于地面三维激光扫描技术的隧道全断面变形测量方法

采用地面三维激光扫描技术测量隧道全断面变形,解决数据采集和数据处理两大方面的问题。数据采集方面,为兼顾数据采集的精度与效率,通过几何分析方法对关键的扫描参数进行优化,给出测站间距和扫描分辨率的最佳取值。讨论隧道内多个测站数据的拼接方法以及不同标靶布设方式对拼接精度的影响,建议采用全局拼接方案以减少误差。数据处理方面,由于地面三维激光扫描的原始数据(称为“点云”)不能直观地表示隧道的变形,因此提出基于点云的隧道三维建模算法,使隧道变形可视化。该算法联合采用圆柱面拟合与椭圆拟合进行点云建模,并运用误差分布统计规律进行点云降噪。通过与全站仪的精度比较试验,验证地面三维激光扫描技术在隧道变形测量中的可靠性,利用隧道三维建模算法得到的变形量与全站仪的测量结果相差在2 mm以内。最后,介绍上海西藏路电力隧道以及上海长江西路越江隧道2个工程案例,第一个案例给出单空间隧道中的数据采集和数据处理的全过程及隧道变形结果,第二个案例介绍多空间隧道中的测站及标靶的布设方法。     

基于盾构隧道激光扫描点云的收敛直径定点计算方法

盾构隧道的收敛直径是衡量隧道横向变形的重要指标,近些年来激光扫描仪逐渐应用于盾构隧道的检测中,但点云拟合方法得到收敛直径的端点会随隧道变形而变化,而全站仪测量的点位在隧道中是固定的,因此亟需一种基于点云的收敛直径定点计算方法。本文基于扫描仪获取的点云切片数据,参考传统全站仪定点测量的方式,提出了一种利用点云拟合的误差寻找隧道接缝位置,进而通过接缝位置实现定点测量的方法。最终通过实例验证了该方法的可行性和准确性,相比于常用的点云拟合计算收敛直径方法,本方法在同等精度条件下,还可以定位测量点,实现与全站仪测量的比对。     

基于隧道水平中线的全局断面提取及形变分析EI北大核心CSCD

针对如何使用三维点云数据对隧道进行横断面自动化提取与形变分析这一研究热点,提出一种基于隧道水平中线的横断面信息自动提取及形变分析方法。首先将点云进行水平投影提取出水平中线,考虑到隧道附属物及点云缺失等情况对中线提取精度的影响,采用滑动窗口稳健拟合方法提取出准确中线;然后利用水平中线进行隧道横断面提取并拟合出中轴点;最后依据中轴点及设计值计算隧道各部位的径向位移量,通过可视化渲染即可直观地表述隧道整体变形情况。通过实验表明:(1)随着隧道长度的增加,传统的整体拟合法在拟合隧道中线时误差逐渐增大,而滑动窗口稳健拟合法误差则趋于平稳;(2)滑动窗口稳健拟合法可有效规避障碍物遮挡造成的水平中线偏差;(3)根据空间圆模型拟合出隧道横断面参数后,依据隧道径向位移使用RGB颜色分量对点云进行渲染可较好地反映隧道变形情况,为隧道变形监测工作提供基础依据。     

一种计算不规则物体体积和重心坐标的方法

通过三维激光扫描技术获取不规则物体的点云数据,将数据沿三个坐标轴方向以固定的间隔切片,将各切片层内扫描点投影至切片底面,用Alpha-shape算法搜索外接多边形,计算多边形的面积.计算各切片的体积,对所有的切片计算结果进行内插和累加,即可得到物体的重心坐标和体积.通过计算不规则物体的实测点云数据,验证了该方法的可靠性...     

三维激光扫描技术在地铁变形监测中的应用研究

由于原有的地铁变形监测技术仅局限于单点数据的获取,无法反映地铁隧道整体形变特点,为此要引入更加先进的三维激光扫描技术和方法,利用其环境影响小、表达对象细节信息能力强的优势,进行地铁隧道变形数据的采集、点云预处理,以地铁隧道中轴线为基准,采用基于椭圆柱面模型的点云滤波方法,利用椭圆柱面拟合方法对地铁隧道中轴线分割区域进行滤噪,并进行地铁隧道的形变分析,进行地铁隧道区域空间变化信息的精准表达。     

卡尔曼滤波拟合椭圆在地铁隧道断面监测中的应用

最小二乘法拟合椭圆过程中,把所有样本点都当作准确值,但当拟合点中出现噪声和孤立点时,拟合出的椭圆误差较大,而最小平方中值法具有较好的稳健性,但该方法计算量大,计算不方便。针对这种情况,笔者首先使用最小平方中值法拟合出一组椭圆参数,然后利用中位数法剔除孤立点,最后使用卡尔曼滤波方法修正椭圆的参数,通过模拟实例和工程实例,证明该算法能够剔除孤立点,并且拟合出的椭圆具有较小的形状误差,因此该方法可以推广到实际工程中应用。     

全站型扫描仪在工程施工中的应用

采用全站型扫描仪对隧道断面进行非接触式全断面扫描,得到海量断面点云数据,并通过点云数据后处理软件进行点云数据的去噪、整理及拟建模,与隧道设计断面进行对比分析,可以得到隧道断面超欠挖、二衬净空轮廓与建筑限界检测、二衬混凝土数量精准计算以及隧道收敛变形监测等相关基础数据,具有非接触式全断面测量、样本数据精准全面、数据处理智能准确、测量效率高效便捷等特点。     

隧道断面中心线形确定的方法讨论

隧道竣工后通常要进行中心线形测定,一般的做法是测量隧道断面上一系列点进行拟合。拟合所得的椭圆中心即为隧道断面中心,并与设计线形进行比较。本文介绍并比较了最小二乘直接拟合椭圆法、最小平方中值法拟合椭圆法,在此基础上提出了一种改进的方法,即结合两种椭圆拟合方法的优缺点进行组合,并通过样本分位值法先剔除数据中的粗差再进行拟合,增强了拟合结果的稳健性,通过上海长兴岛至崇明岛越江隧道实测数据进行了验证。     

车载雷达点云的结构化道路边界提取方法

为了提高结构化道路边界检测的准确性与鲁棒性,结合非参数变点统计方法,提出了一种基于32线激光雷达三维点云的道路边界提取算法。基于结构化道路区域和非道路区域存在一定高程跳变特征,该算法利用非参数变点统计,对激光雷达扫描的道路环境三维点云数据中突变的z坐标值进行标记,并提取对应的候选道路边界点(x,y)。利用道路边界方向的最大期望(EM)聚类算法,对候选道路边界点进行聚类去噪。利用最小二乘法拟合道路边界,在不同光照条件下的校园结构化直、弯道路环境进行实车实验,统计直道1 030帧数据和弯道650帧数据。仿真结果表明:算法识别准确性较高且检测距离达18 m,耗时约28 ms,可满足智能车实时性要求。     

基于三维激光扫描的隧道收敛分析

快速准确全面地获取对象的空间信息是三维激光扫描技术的特点。本文基于三维激光扫描技术快速地采集盾构隧道的点云数据,并对其分割生成切片,提出一种多点坐标平差计算圆心的方法求取切片圆心和半径,分析隧道的收敛变化。最终通过实例证明了该方法的可行性和准确性。     

基于点云数据的隧道中轴线自动提取方法研究

隧道中轴线可以反映隧道的整体走势,而中轴线的准确性影响着隧道点云数据的后续处理。对此,该文提出一种自动提取中轴线的方法,将点云数据投影后利用单位圆极坐标相邻角度差来确定边界点,根据RanSAC算法对不同参数模型进行统计,对直线段、缓和曲线及曲线的曲段进行区分,然后利用RanSAC算法对不同区段拟合,提取各区段的中轴线,对各区段中轴线进行加权整体最小二乘法拟合,最终得到整段中轴线。该文采用上海隧道点云数据进行了中轴线自动提取实验。实验证明了该方法能有效提取中轴线。     

基于三维激光点云的船舶型线生成方法

针对传统船舶型线测量方法存在工作强度大、效率低等缺点,依托近年来迅速发展的三维激光扫描技术以及逆向工程领域的切片技术,提出了一种基于点云切片技术的船舶型线生成方法。该方法将船舶点云数据沿着指定的方向进行切片,再将切片点云投影到平面栅格,然后将落入到每个栅格内的点云重心化并将其作为特征点,从而快速构建点云特征轮廓线,最后得到船舶型线图。经实例验证,该方法可以快速、准确地生成船舶型线,为船舶型线的测量提供了一种全新的技术手段。     

地铁隧道横向变形的激光扫描检测方法及应用

随着城市轨道交通运营里程数的快速增长,作为一种典型病害的地铁盾构隧道结构横向变形亟需快速精准的检测方法。传统检测方法大多采用人工操作全站仪的方式进行检测,具有成本高、效率低等不足。移动激光扫描是一种通过快速采集高精度、高密度的点云数据来检测盾构隧道结构变形的新型技术,与传统检测方法相比具有显著优势。基于该技术,本文提出一种针对地铁盾构隧道横向变形的快速检测方法。该方法通过圆柱拟合与空间投影提取横断面,建立修正强度模型并进行噪声剔除,实现隧道横向变形的计算和统计。研究表明:该方法能有效地提取隧道横断面数据,准确地剔除管道、支架等干扰物噪声;与传统检测结果相比,该方法的误差在2 mm以内,验证了该方法在地铁隧道衬砌结构的横向变形检测中具备较高的准确性及可靠性,能够满足实际工程需要。     

基于椭圆展开共反射点叠加的隧道地震波超前探测成像方法与应用

采用地震波法探明隧道前方断层、溶洞等不良地质体,是隧道施工安全的重要保障,而有效的成像方法则是关键。椭圆展开是一种新型的偏移成像方法,已在地表地震勘探中得到应用,然而尚未被引入隧道地震探测中。针对隧道环境,基于非标准椭圆方程,构建了隧道空间观测方式椭圆展开方法,同时重新设定隧道轴线方向为椭圆展开法向出射点方向,实现了对隧道掌子面前方区域地质的成像;通过共震源点地震记录的椭圆展开及相干叠加,最终实现掌子面前不良地质的识别和定位,形成了基于椭圆展开共反射点叠加的隧道地震波超前探测成像方法。在此基础上,基于交错网格有限差分方法,对岩性界面和断层进行了系统的正演成像研究,分析了不同地质模型的成像特征;最后,依托现场进行了探测试验,探测结果与开挖揭露情况基本一致,验证了成像方法的有效性和实用性。     

一种快速构建点云坐标系的方法

在描述点云姿态或点云匹配过程中,常常需要进行坐标系的转化,因此构建点云自身的坐标系是非常必要的。由于一种点云在不同姿态下的主成分方向是不变的,因此根据主成分方向确定点云自身的坐标系也是固定不变的。借鉴主成分分析法的思想,求得点云的三个主成分方向,从而确定点云的坐标系。根据实验结果表明,该方法可以快速地确定点云的坐标系,且满足点云的排列不变性和旋转不变性。     

催化电解法处理苯胺废水实验

提取点云特征点的方法,大多集中在如何从扫描获取的点云数据中直接提取特征点,提取特征点的准确性受限于扫描精度.本文提出了一种精确提取点云数据特征点的方法:根据离散三维点云数据拟合曲面,精确求解拟合曲面的特征点.首先根据最小二乘法求解空间一点邻域内的曲面模型,然后计算曲面极值点作为特征点.这种方法不需要逐点判断曲率,提高了效率,同时采用最小二乘法拟合曲面,提高了精度.本文提出的方法对逆向工程中测量数据的曲面分割和多视角拼接也有借鉴意义.     

站式三维激光扫描仪在地铁隧道断面检测中的应用研究

断面检测是地铁建设中非常重要一环,断面超欠挖情况直接影响工程建设质量,然而传统断面检测方法主要是使用全站仪采集离散数据形成断面的空间形态,这样不利于原始数据利用和隧道空间形态展现。结合三维激光扫描技术,本文探讨使用徕卡公司的高精度站式扫描仪P40进行地铁隧道的信息采集,通过对点云数据去噪、拼接、坐标转换、拟合、裁切和点云抽稀等后处理,真实展现地铁隧道的空间形态,此方法具有很多传统方法无法比拟的优势。以青岛地铁1号线过海段为例介绍了具体的应用方法,得到了一些有益的结论。     

基于EPS2008的地面三维激光扫描技术在隧道测量中应用研究

基于地面三维激光扫描新技术研究与运用,以科技促进发展为目的,通过对隧道测量内容、隧道地物要素分布特征的研究,结合三维激光扫描技术特点,提出了地面三维激光扫描技术在隧道测量中的作业方法及流程;基于EPS2008二次开发技术研究隧道点云特征数据提取方法,实现了基于隧道底面模型的激光点云特征数据提取。