基于轻量型移动测量系统的地外熔岩管3D探测与地表验证

熔岩管广泛存在于地球及地外天体,可为人类未来登陆地外天体提供天然庇护,地外熔岩管探测具有重要意义。然而,熔岩管探测存在许多挑战,已有的地球熔岩管探测方案设备不便携、自动化程度和工作效率低,难以用于地外熔岩管探测。针对上述问题,提出一种基于轻量型移动测量系统的熔岩管3D探测方法,利用穿戴式设备实现高效精细的地图构建和三维形态表达,并通过地球熔岩管探测进行验证。首先利用激光扫描高效获取熔岩管内点云,并基于迭代卡尔曼滤波算法生成熔岩管3D点云实时地图。然后结合地面滤波、管道壁提取、法向量估计等点云智能处理方法,实现熔岩管的三维智能化重建,并作形态学分析。选取海南省海口市的仙人洞及七十二洞作为地外熔岩管的模拟场景进行实验,结果表明,所提方法实现了熔岩管3D实时自主测图,生成的点云地图及3D模型相比于已有研究结果更精准、地貌形态细节信息更多,可更好地满足熔岩管的形态分析需求,有望为地外熔岩管探测提供基础。

沙特NEOM隧道项目3D扫描断面监测关键技术研究

基于沙特NEOM隧道支洞项目的施工方案以及3D扫描仪的功能特点,提出一套高精度3D扫描与BIM技术相互结合,用于挪威法隧道施工断面监测的方法和流程,并在实际运用中验证了其科学性与可靠性。建立开挖支护工作流程并明确断面扫描规范要求。制定3D扫描断面监测的总体目标,确定所使用的软硬件及监测的主要流程,详细阐述扫描数据采集与处理的方法流程。重点研究扫描断面分析与报告生成的流程,将扫描仪与全站仪监测数据、点云与BIM模型进行对比分析,并对监测结果进行评价。结果表明,3D扫描技术可完全满足挪威法隧道施工断面监测的各项要求,且监测精度和监测效率大大优于传统的监测手段。

基于图像三维重建的隧道喷射混凝土回弹率测定方法研究

针对复杂隧道施工环境下如何快速、准确测量喷射混凝土回弹率的问题,基于机器视觉三维重建技术中的主要理论和算法,提出了一种新的隧道喷射混凝土回弹率测定方法。该方法通过坐标标记版和手持相机快速采集图像,基于运动恢复结构(SFM)算法、基于面片的密集匹配(PMVS)算法与三角剖分原则实现隧道实际开挖轮廓及初支内轮廓的三维曲面网格模型的建立;通过网格射线法,将隧道实际开挖轮廓与初支内轮廓三维网格模型进行空间差值求解,获得初支实际有效的喷射混凝土体积;最后,结合实际喷射混凝土总用量,完成喷射混凝土回弹量的测定,并以郑万高铁巴东隧道为依托进行现场试验与应用。结果表明:所提方法测得的喷射混凝土回弹率比传统现场称重法测试结果更为合理,准确性更高,说明该方法能够较好地实现喷射混凝土回弹率的测试;在现场应用中,结合喷射混凝土回弹率的测试结果提出的降低回弹率的施工质量控制建议,现场采用后施工良好,保证了隧道施工质量;该测定方法简便高效、成本低、不干扰施工,具有较好的工程应用价值。

基于点云空间扩展的盾构隧道整体去噪方法

盾构隧道点云数据的去噪工作是后续隧道结构分析的前提。本文结合点云空间扩展理论与盾构隧道呈圆柱形的特点,提出了一种盾构隧道的整体去噪方法。首先将盾构隧道空间扩展后得到新的拓扑结构,使盾构隧道的去噪工作能够使用现有成熟的地面滤波算法。经过直通滤波、坡度滤波后的隧道点云保留完整的衬砌结构,隧道的附属设施被滤除。使用直线段与曲线段隧道进行试验,试验结果表明,该方法能够实现隧道的整体去噪,去噪效果显著。

基于机器视觉算法的隧道岩体质量智能评估方法

路罗隧道1号横洞隧址区为第四系全新统崩积碎石土,节理密集,岩石破碎,地质条件较差。针对该工况,基于岩体结构面三维点云模型,对结构面产状、节理组数、粗糙度和块体体积的统计分析方法展开研究,进一步完善岩体结构面智能表征在三维指标中的应用。基于机器视觉统计的6个岩体结构面特征指标,快速获取隧道围岩分级结果。结果表明,所选隧道横洞开挖面围岩质量一般,整体属于Ⅲ级围岩,与地质勘察结果相符,验证了基于机器视觉算法的岩体质量评估方法的可靠性。

Trimble SX10三维激光扫描仪在隧道断面测量中的应用

针对长大隧道、断面类型多且变换频繁,传统的断面测量技术只能逐点、逐个断面进行测量,获取的测量数据有限,对于整体的质量和精度的控制有很大的局限性,测量作业开展非常困难,利用三维激光扫描新技术进行隧道断面测量,不仅速度快,精度可靠,且大大提高了工作效率与经济效益。

基于三维激光扫描的隧道衬砌厚度及混凝土用量计算方法

为实现施工过程中隧道衬砌厚度控制,在三维激光扫描技术的基础上,提出了基于激光扫描点云的隧道衬砌厚度及混凝土用量计算方法。采用三维激光扫描仪获取隧道毛洞、初期支护、二次衬砌内表面的三维点云,对这些数据进行坐标转换、切割处理,并根据本文提出的计算方法对处理后的数据进行分析,得到衬砌的计算厚度及混凝土用量。经现场试验验证,本文的计算方法能够快速计算出衬砌厚度及混凝土用量,并能确定衬砌超厚、欠厚的位置;初期支护、二次衬砌的混凝土计算用量与实际用量分别相差0.90%、0.59%。本文的计算方法准确、有效,能够用于施工期间隧道衬砌厚度和混凝土用量的实时检测。

面向地铁隧道测绘的点云数据处理关键技术研究

为了降低地铁隧道中可能出现的安全风险,分析了地铁隧道测绘的移动式三维激光扫描点云数据处理现状,对点云数据处理流程进行了研究,提出了依据样本特性进行点云数据降噪的RANSAC优化算法。性能测试结果显示,原始数据中噪点占比约为20%,初步拟合后降至10%,二次拟合进一步降至2%以下。通过点云数据的精确度与设计参数对比验证,结果显示:断面形状与设计椭圆的偏差在0.3%以内,全站仪和扫描仪获取的空间X轴和Y轴方向上控制点整体误差数值范围为±0.002 m,试验结果表明了方法的有效性。该点云数据处理方案具有优秀处理性能,可对地铁隧道形变进行有效评估。

轨道车辆检测系统点云数据仿真方法研究

激光雷达可以通过激光脉冲对目标区域进行密集采样来快速生成三维点云,三维点云数据能够有效地用于环境三维重建、障碍物检测等算法,但轨道车辆在地铁环境下,采集到符合算法要求的激光雷达数据是一项非常具有挑战性的任务,需要消耗大量人力、物力。针对以上情况,提出一种轨道车辆检测系统点云数据仿真方法,通过对地铁隧道和激光雷达传感器建模,利用激光雷达工作原理生成有向激光束,并将有向激光束通过雷达模型和隧道模型的位置关系转换到相同坐标系中,通过光线投射原理来获得仿真数据。基于该方法,对不同半径线路以及含有障碍物的工况进行数据仿真。试验结果表明:该数据仿真方法有助于轨道车辆检测系统应用激光雷达的算法开发。

基于机器视觉三维重建技术的隧道掌子面岩体结构数字识别方法及应用

提出采用数字图像结合机器视觉方法获取隧道掌子面岩体表观信息。通过采集隧道开挖面的序列图像,生成开挖面岩体表面的三维点云模型,利用投影算法获得隧道掌子面及硐壁岩体结构的平面模型高清影像;基于影像表面结构迹线素描结果进行岩体节理特征的量化描述。将该方法应用于东天山公路隧道开挖面岩体节理分布、节理倾角间距等特征参数的获取。研究结果表明:该方法可快速生成开挖面三维点云模型,实现隧道地质信息编录与围岩级别辨识,具有快速、准确的优点,可为施工提供参考。

从三维点云中自动提取隧道几何特征线

三维激光扫描技术为大型交通工程的全三维表面量测提供了一种有效的技术手段。但是面对扫描输出的海量原始点云数据,如何从中快速、精确地提取工程几何信息就变成一个亟待解决的问题。文中设计了一种从三维点云中自动提取隧道几何特征线的方法,仅以带有三维坐标的点云数据输入,不需提供额外的隧道相关参数,根据隧道表面法向与隧道中轴走向、隧道断面之间的几何关系,自动跟踪中轴线并确定截面方向,截取断面轮廓线。适用于弯曲型隧道,能够根据隧道走向精确调整中轴线方向和截面法向,在实际工程应用中具有较强的实用性。

基于三维点云的隧道全生命周期健康检测技术与应用

隧道全生命周期的养护和管理是隧道安全和正常运营的重要保障,通过隧道质量检测和病害检测,制订及时合理的补救措施可以防止事故的发生,改善隧道的运营环境。基于三维扫描技术可以获取隧道全断面点云信息和灰度信息等,建立不同工况条件下的隧道三维实体模型和多种对比分析模型,确定隧道的几何特征、病害发育情况和病害属性,实现隧道全生命周期的信息化管理,避免传统检测方法的不全面性和局限性,全面掌握隧道健康状况。通过对珠海阳光咀隧道勘察设计、施工和不同运营期的三维激光扫描测量和模型研究,采用卡方检验对模型对比结果进行检验,可以对隧道进行全面的检测和健康评价,为隧道全生命周期的建设、管理、养护信息化管理提供科学依据。

隧道断面自动提取方法研究

研究目的:在隧道施工和运营期间,需要经常测量隧道结构断面,传统基于全站仪或断面仪的方法测量效率较低。采用地面三维激光扫描仪,对隧道进行分站式扫描,将各站扫描点云进行拼接融合,可以快速获得整条隧道激光点云。目前基于激光点云的隧道断面提取都是针对圆形和矩形的隧道形状,不适用多种结构类型的隧道。本文提出一种基于射线相交的隧道断面自动测量方法,满足多种隧道结构断面测量要求,并结合工程实际对该方法的精度和可靠性进行验证。研究结论:(1)利用三维激光点云数据进行隧道断面自动测量,不仅效率高,而且精度高;(2)基于八叉树算法对离散点云进行组织管理,采用随机采样一致性算法对数据进行滤波,实现断面点云噪声点剔除;(3)采用矩形分割算法实现隧道断面点云快速分割,基于射线相交的方法可实现多种设计形状的结构断面测量;(4)该研究结果可应用于施工或运营期间多种设计形状的隧道结构断面自动测量。

基于地面三维激光扫描技术的隧道安全监测

以地铁隧道为研究对象,应用地面三维激光扫描技术采集了部分隧道三维点云数据,采用基于几何特征点与ICP算法相结合的点云数据配准方法对多视点云数据进行配准.配准数据经去噪、精简后,基于NURBS曲面理论方法建立了扫描隧道点云数据的三维模型.通过对隧道两期扫描数据模型进行叠加分析,得到隧道部分纵横断面上的整体位移量.试验结果表明,地面三维激光扫描技术可以准确、全方位获取隧道空间数据,对隧道安全监测技术与方法起到补充和提高.

基于三维激光扫描技术的隧道施工期变形监测研究

三维激光扫描技术具有两次扫描即可获取区域变形场的特点,可弥补全站仪和收敛尺测量数据点少、反映变形不全面的局限性。本文将三维激光扫描技术应用到新奥法隧道施工期收敛测量中,采用基于大地坐标系的坐标配准方法,保持隧道扫描数据原始空间位置,在此基础上进行变形分析。提出了从点云数据获取变形场的方法,介绍了提取隧道断面以及断面上任一点变形值的过程。针对施工中隧道断面不规整的特点,提出利用等效半径来反映整个断面的收敛特征,分析了隧道断面收敛变形沿隧道轴线方向的变化趋势。实际工程案例应用表明三维激光扫描技术能够达到隧道变形监测的精度要求,并通过传统变形测量方法验证其可靠性。

三维激光扫描技术在地铁隧道断面测量中的应用

地铁隧道土建施工完成后为了对线路进行调线调坡,需要对地铁隧道进行断面测量,三维激光扫描技术与常规测量方法相比具有非接触式测量、可高密度采集空间三维点云数据等特点,为地铁断面测量提供了新的技术手段。介绍三维激光扫描技术的基本原理和在地铁隧道断面测量中的方法,并结合南宁地铁1号线隧道断面测量工程实例,对三维激光扫描技术在地铁隧道断面测量中应用的可行性进行探讨。断面测量成果不仅为线路进行调线调坡提供依据,而且还可以为后续的隧道模型构建、隧道变形分析以及铺轨和设备安装等工作提供相关应用和支持。

隧道移动三维扫描点云纠正的控制方案研究

随着城市的发展,交通拥堵、地表空间匮乏促使地下空间的开发利用快速发展。地下空间三维信息的采集、处理、建模、管理需求促使三维激光扫描应用向地下空间延伸。移动三维扫描系统通过GNSS实时定位、IMU惯导系统定姿解算每个时刻扫描仪的位置和姿态,进而得到准确的三维点云数据,在GNSS完全失锁时,还需进行标靶纠正。对隧道内控制标靶布设方案进行了研究,通过纠正IMU的漂移和位置偏差,得到高精度点云数据。

移动三维激光技术在隧道环片收敛监测中的应用

传统隧道结构径向收敛监测主要采用测距仪、全站仪等进行人工抽样监测,监测效率低、监测成果不完善。鉴于此,采用移动三维激光扫描技术快速采集隧道结构的精细点云数据,再利用高密度点云数据提取环片几何信息,实现隧道环片快速逐环收敛监测。以某地铁项目中利用该技术进行逐环收敛监测为例进行实验,结果表明该技术可快速完成数据采集和逐环分析,将传统收敛监测由抽样监测转变为逐环监测,同时大大提高了监测作业效率。

基于椭圆柱模型的隧道断面拟合算法研究

三维激光扫描技术作为一种非接触、高精度、高密度的新型测量手段,正在城市轨道交通建设中得到日益广泛的应用。由于扫描仪的采集效率高、获取数据多,如何快速、准确地从海量的原始点云中提取地铁隧道的几何结构信息成为一个亟须解决的工程问题。本文基于商业软件的点云断面切割功能,以椭圆柱作为盾构隧道的模型,探索出一套结合坐标转换与迭代滤波的隧道断面拟合算法。经试验表明,该方法拟合精度良好,满足实际工程的测量需求。

3维激光扫描技术在城市轨道交通工程结构断面测量中的应用研究

采用应用研究与生产相结合的方法,介绍了城市轨道交通工程中结构断面测量的必要性和相关要求,引入地面3维激光扫描技术进行数据采集,并对采集数据进行去噪、拼接、影像匹配、点云数据抽稀、结构断面提取等操作,讨论了地面3维激光扫描技术在城市轨道交通工程结构断面测量中应用的可行性、技术优势、测量方法和数据处理方法。