CN107762559A - 一种用于评价隧道超欠挖情况的方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于评价隧道超欠挖情况的方法，其包含以下步骤：对隧道进行扫描，获取隧道的点云数据；对点云数据进行预处理，以得到预处理数据；提取预处理数据中的基本数据，并与施工设计文件中标定的数据进行对比，得到第一评价结果；根据预处理数据，计算得到隧道的超挖数据，与控制标准进行对比，得到第二评价结果；根据预处理数据，计算得到隧道的欠挖数据，与控制标准进行对比，得到第三评价结果；综合处理第一评价结果、第二评价结果以及第三评价结果，以得到最终评价结果。本发明提供的用于评价隧道超欠挖情况的方法及***能够用于评价隧道超欠挖的情况，将计算出来的超挖数据以及欠挖数据与控制标准进行比较，对隧道工程进行评估。

Description

一种用于评价隧道超欠挖情况的方法及***

技术领域

本发明涉及隧道工程领域，具体地说，涉及一种用于评价隧道超欠挖情况的方法及***。

背景技术

在隧道的开挖过程中，超欠挖的现象普遍存在。超欠挖不仅增加了施工成本，而且会引起围岩局部应力集中，影响隧道结构的整体稳定性。目前，隧道测量采用全站仪测量，但是全站仪的精度在20至30米范围内只能达到3至4毫米的精度，测量的精度不高。另外，全站仪受烟雾光线的影响较大，对测量环境的要求高。并且，全站仪在信息反馈方面的环节过多，不能及时的将数据信息反馈到施工现场，信息反馈过慢。仅仅使用全站仪来测量效率不高，为了隧道工程的顺利完工，高效、可靠的评价方法在隧道的超欠挖评价中是十分必要的。

因此，急需一种效率以及稳定性都更高的用于评价隧道超欠挖情况的方法及***。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于评价隧道超欠挖情况的方法，所述方法包含以下步骤：

通过扫描仪对所述隧道进行扫描，获取所述隧道的点云数据；

在所述扫描仪中对所述点云数据进行预处理，以得到预处理数据；

通过评价处理软件提取所述预处理数据中的基本数据，并与施工设计文件中标定的数据进行对比，以得到第一评价结果；

根据所述预处理数据，通过所述评价处理软件计算得到所述隧道的超挖数据，并与控制标准进行对比，以得到第二评价结果；

根据所述预处理数据，通过所述评价处理软件计算得到所述隧道的欠挖数据，并与所述控制标准进行对比，以得到第三评价结果；

通过所述评价处理软件综合处理所述第一评价结果、所述第二评价结果以及所述第三评价结果，以得到最终评价结果。

根据本发明的一个实施例，通过扫描仪对隧道进行扫描的步骤包含以下步骤：

利用全站仪配合三维激光扫描仪使用定位标靶球的方式对所述隧道进行连续扫描。

根据本发明的一个实施例，在所述扫描仪中对所述点云数据进行预处理的步骤还包含以下步骤：

对所述点云数据进行配准、去噪、坐标系归化、压缩以及三维重构处理。

根据本发明的一个实施例，所述基本数据包含中线、高程以及开挖断面净空。

根据本发明的一个实施例，通过所述评价处理软件计算所述隧道的超挖数据的步骤包含以下步骤：

计算所述隧道的最大超挖方量以及超挖部位的设计轮廓面面积，以得到评价参数；

计算所述隧道的最大超挖深度值，其中，所述最大超挖深度值为超挖部位最深点距离设计轮廓面的垂直距离。

根据本发明的一个实施例，计算所述隧道的超挖方量以及超挖部位的设计轮廓面面积，以得到评价参数的步骤进一步包含以下步骤：

在所述隧道的断面上划分最小网格，并识别出全部超挖部位，其中所述最小网格为1mm×1mm×1mm的网格；

计算所述全部超挖部位的超挖体积，以得到所述超挖方量；

计算所述全部超挖部位的设计轮廓面网格面积，得到所述超挖部位的设计轮廓面面积；

计算所述超挖方量与所述设计轮廓面面积之商，以得到所述评价参数。

根据本发明的一个实施例，通过所述评价处理软件计算所述隧道的欠挖数据的步骤包含以下步骤：

计算岩石个别突出部位每平方米的最大欠挖深度值以及欠挖方量。

根据本发明的一个实施例，计算岩石个别突出部位每平方米的最大欠挖深度值以及欠挖方量的步骤进一步包含以下步骤：

在所述隧道的断面上划分最小网格，并识别出欠挖部位，其中，所述最小网格为1mm×1mm×1mm的网格；

计算所述欠挖部位的各自欠挖方量以及各自欠挖深度值；

以单个欠挖部位为中心，标定1平方米内的全部欠挖部位，计算所述全部欠挖部位的欠挖方量之和，以得到所述欠挖方量，并通过比较得到所述最大欠挖深度值。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于评价隧道超欠挖情况的***，所述***包含：

三维激光扫描仪，其用于执行以下步骤：

对所述隧道进行扫描，获取所述隧道的点云数据；

对所述点云数据进行预处理，以得到预处理数据；

评价处理软件，其用于执行以下步骤：

提取所述预处理数据中的基本数据，并与施工设计文件中标定的数据进行对比，以得到第一评价结果，其中，所述基本数据包含中线、高程以及开挖断面净空；

根据所述预处理数据，计算得到所述隧道的超挖数据，并与控制标准进行对比，以得到第二评价结果；

根据所述预处理数据，计算得到所述隧道的欠挖数据，并与所述控制标准进行对比，以得到第三评价结果；

综合处理所述第一评价结果、所述第二评价结果以及所述第三评价结果，以得到最终评价结果。

根据本发明的一个实施例，所述***还包含：

全站仪，其与所述三维激光扫描仪配合，用于对所述隧道进行连续扫描，以得到所述隧道的所述点云数据。

本发明提供的用于评价隧道超欠挖情况的方法及***通过使用三维激光扫描仪来对隧道的参数进行测量，能够得到测量空间物体表面的点云信息，并将点云信息转化为计算机可以处理的三维模型，作业周期短，容易操作，测量覆盖范围广。并且，本发明还能够用于评价隧道超欠挖的情况，通过将实际测量的中线、高程以及开挖断面净空等参数与设计文件进行比较，将计算出来的超挖数据以及欠挖数据与控制标准进行比较，对隧道工程进行评估。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的用于评价隧道超欠挖情况的方法流程图；

图2显示了根据本发明的一个实施例的用于评价隧道超欠挖情况的方法得到预处理数据的示意图；

图3显示了根据本发明的一个实施例的用于评价隧道超欠挖情况的方法超挖数据计算流程图；

图4显示了根据本发明的一个实施例的用于评价隧道超欠挖情况的方法欠挖数据计算流程图；以及

图5显示了根据本发明的一个实施例的用于评价隧道超欠挖情况的***结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。

我国属于多山的国家，隧道在我国山区铁路以及公路的修建中占有很大的比例。对开挖后的隧道进行超欠挖测试是非常必要的。因此，本发明提供一种用于评价隧道超欠挖情况的方法。

图1显示了根据本发明的一个实施例的用于评价隧道超欠挖情况的方法流程图。

如图1所示，在步骤S101中，通过扫描仪对隧道进行扫描，获取隧道的点云数据。为了掌握隧道的参数，需要首先对隧道的数据进行采集，获取隧道的点云数据。点云数据是扫描资料以点的形式进行记录的数据，每一个点包含有三维坐标，有些可能含有颜色信息或反射强度信息。

获取到点云数据后，在步骤S102中，在扫描仪中对点云数据进行预处理，以得到预处理数据。为了能够更方便的运用点云数据，需要对点云数据进行预处理，预处理一般包含配准、去噪、坐标系归化、压缩以及三维重构处理。其他预处理的方法也可以运用到本发明的实施例中，本发明不对此作出限制。

得到预处理数据后，在步骤S103中，通过评价处理软件提取预处理数据中的基本数据，并与施工设计文件中标定的数据进行对比，以得到第一评价结果。本发明的一个实施例中，需要评价处理软件提取出基本数据，基本数据一般包含中线、高程以及开挖断面净空。将提取出的基本数据与设计文件的数据进行对比，判断基本数据是否符合设计文件的要求，根据对比的结果，得出第一评价结果。

接下来，在步骤S104中，根据预处理数据，通过评价处理软件计算得到隧道的超挖数据，并与控制标准进行对比，以得到第二评价结果。为了评价隧道的超挖情况，需要计算出超挖数据，并将超挖数据与控制标准进行对比，判断超挖数据是否符合控制标准的要求，根据对比的结果，得出第二评价数据。

然后，在步骤S105中，根据预处理数据，通过评价处理软件计算得到隧道的欠挖数据，并与控制标准进行对比，以得到第三评价结果。为了评价隧道的欠挖情况，需要计算出欠挖数据，并将欠挖数据与控制标准进行对比，判断欠挖数据是否符合控制标准的要求，根据对比的结果，得出第三评价数据。

最后，在步骤S106中，通过评价处理软件综合处理第一评价结果、第二评价结果以及第三评价结果，以得到最终评价结果。得到三个评价结果后，评价处理软件就能够根据三个评价结果综合得到被测隧道的最终评价结果。

本发明提供的用于评价隧道超欠挖情况的方法通过扫描仪与评价处理软件的配合对隧道的施工情况进行评价，实施方式简单。并且本发明能够根据基本数据、超挖数据以及欠挖数据三个方面的指标对隧道的施工情况进行评价，评测面广，能够全面对隧道的施工情况进行评价。

图2显示了根据本发明的一个实施例的用于评价隧道超欠挖情况的方法得到预处理数据的示意图。图2主要介绍了得到预处理数据的过程，得到预处理数据需要两个阶段，第一阶段是获取点云数据；第二个阶段是对点云数据进行预处理。

如图2所示，首先需要扫描隧道，通过扫描隧道获取到点云数据。扫描隧道的方式有很多，在本发明的一个实施例中，采用全站仪与三维激光扫描仪配合的方式获取点云数据。全站仪即全站型电子测距仪(Electronic Total Station)，因其一次安置仪器就可完成全部测量工作，所以称之为全站仪，是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)以及高差测量功能于一体的测绘仪器***。测角操作简单，能够避免读数误差的产生。通过全站仪与三维激光扫描仪配合并采用定位标靶球的方式来扫描隧道获取点云数据精度更高。

获取到点云数据后，需要对点云数据进行预处理，预处理过程包含五个方面，分别是配准、去噪、坐标系归化、压缩以及三维重构。配准(registration)是指同一区域内以不同成像手段所获得的不同图像图形的地理坐标的匹配。包括几何纠正、投影变换与统一比例尺三方面的处理。去噪过程是去除干扰数据的过程。坐标系归化是对不同坐标系之间的归化。三维重构就是将处理好的数据转化成三维数据。经过扫描以及预处理两个过程，就能够得到预处理数据。

图3显示了根据本发明的一个实施例的用于评价隧道超欠挖情况的方法超挖数据计算流程图。

如图3所示，在步骤S301中，计算隧道的最大超挖方量以及超挖部位的设计轮廓面面积。超挖数据包含隧道的最大超挖方量、超挖部位的设计轮廓面面积以及隧道的最大超挖深度值。在步骤S301中，需要计算最大超挖方量以及超挖部位的设计轮廓面面积，以得到评价参数。在本方明的一个实施例中采用划分网格的形式计算超挖方量以及设计轮廓面面积。

隧道断面尺寸一般为100m²左右，根据标准，超挖需要控制在cm级别。因此，在步骤S3011中，在隧道的断面上划分最小网格，并识别出全部超挖部位，其中最小网格为1mm×1mm×1mm的网格。接着，在步骤S3012中，计算全部超挖部位的超挖体积，以得到超挖方量。然后，在步骤S3013中，计算全部超挖部位的设计轮廓面网格面积，得到超挖部位的设计轮廓面面积。最后，在步骤S3014中，计算超挖方量与设计轮廓面面积之商，以得到评价参数。

在步骤S302中，计算隧道的最大超挖深度值，其中，最大超挖深度值为超挖部位最深点距离设计廓面的垂直距离。

图4显示了根据本发明的一个实施例的用于评价隧道超欠挖情况的方法欠挖数据计算流程图。欠挖数据包含岩石个别突出部位每平方米的最大欠挖深度值以及欠挖方量。

在步骤S401中，计算岩石个别突出部位每平方米的最大欠挖深度值以及欠挖方量。计算的具体步骤是，在步骤S4011中，在隧道的断面上划分最小网格，并识别出欠挖部位，其中，最小网格为1mm×1mm×1mm的网格。然后，在步骤S4012中，计算欠挖部位的各自欠挖方量以及各自欠挖深度值。最后，在步骤S4013中，以单个欠挖部位为中心，标定1平方米内的全部欠挖部位，计算全部欠挖部位的欠挖方量之和，以得到欠挖方量，并通过比较得到最大欠挖深度值。

图5显示了根据本发明的一个实施例的用于评价隧道超欠挖情况的***结构框图。如图5所示，***包含三维激光扫描仪501、全站仪502以及评价处理软件。

目前在隧道超欠挖评价中，主要有利用激光束测定、全站仪测定和激光隧道界限测量仪测定三种方法。

其中，激光三维扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，通过测量空间物体表面点的三维坐标值，得到物体表面的点云信息，并转化为计算机可以直接处理的三维模型。具有作业周期快，容易操作，测量覆盖范围广等优点，是快速获取被测体数据更为有效的途径。

因此在本发明的一个实施例中，采用三维激光扫描仪501作为扫描仪来对隧道进行扫描，以便获取点云数据。另外，在另一个实施例中，还能够采用全站仪与三维激光扫描仪配合的方式来扫描隧道。任一种能够获取点云数据的扫描仪均能够运用到本发明的实施例中，本发明不对此作出限制。

扫描仪需要对隧道进行扫描获取点云数据，然后对点云数据进行预处理，得到预处理数据，并将预处理数据送入评价处理软件，进行评价。评价处理软件需要根据三方面的标准对隧道进行评价，三方面分别是基本数据、超挖数据以及欠挖数据。另外，根据不同的实际评价标准，评价处理软件还能够评价隧道其他方面的施工情况。

评价处理软件503通过对基础数据进行评价得到第一评价数据，对超挖数据进行评价得到第二评价数据，对欠挖数据进行评价得到第三评价数据。并对第一、第二以及第三评价数据进行综合处理，得到最终评价结果。

本发明提供的用于评价隧道超欠挖情况的方法及***通过使用三维激光扫描仪来对隧道的参数进行测量，能够得到测量空间物体表面的点云信息，并将点云信息转化为计算机可以处理的三维模型，作业周期短，容易操作，测量覆盖范围广。并且，本发明还能够用于评价隧道超欠挖的情况，通过将实际测量的中线、高程以及开挖断面净空等参数与设计文件进行比较，将计算出来的超挖数据以及欠挖数据与控制标准进行比较，对隧道工程进行评估。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于评价隧道超欠挖情况的方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

通过扫描仪对所述隧道进行扫描，获取所述隧道的点云数据；

在所述扫描仪中对所述点云数据进行预处理，以得到预处理数据；

通过评价处理软件提取所述预处理数据中的基本数据，并与施工设计文件中标定的数据进行对比，以得到第一评价结果；

根据所述预处理数据，通过所述评价处理软件计算得到所述隧道的超挖数据，并与控制标准进行对比，以得到第二评价结果；

根据所述预处理数据，通过所述评价处理软件计算得到所述隧道的欠挖数据，并与所述控制标准进行对比，以得到第三评价结果；

通过所述评价处理软件综合处理所述第一评价结果、所述第二评价结果以及所述第三评价结果，以得到最终评价结果。

2.如权利要求1所述的用于评价隧道超欠挖情况的方法，其特征在于，通过扫描仪对隧道进行扫描的步骤包含以下步骤：

利用全站仪配合三维激光扫描仪使用定位标靶球的方式对所述隧道进行连续扫描。

3.如权利要求1所述的用于评价隧道超欠挖情况的方法，其特征在于，在所述扫描仪中对所述点云数据进行预处理的步骤还包含以下步骤：

对所述点云数据进行配准、去噪、坐标系归化、压缩以及三维重构处理。

4.如权利要求1所述的用于评价隧道超欠挖情况的方法，其特征在于，所述基本数据包含中线、高程以及开挖断面净空。

5.如权利要求1所述的用于评价隧道超欠挖情况的方法，其特征在于，通过所述评价处理软件计算所述隧道的超挖数据的步骤包含以下步骤：

计算所述隧道的最大超挖方量以及超挖部位的设计轮廓面面积，以得到评价参数；

计算所述隧道的最大超挖深度值，其中，所述最大超挖深度值为超挖部位最深点距离设计轮廓面的垂直距离。

6.如权利要求5所述的用于评价隧道超欠挖情况的方法，其特征在于，计算所述隧道的超挖方量以及超挖部位的设计轮廓面面积，以得到评价参数的步骤进一步包含以下步骤：

在所述隧道的断面上划分最小网格，并识别出全部超挖部位，其中所述最小网格为1mm×1mm×1mm的网格；

计算所述全部超挖部位的超挖体积，以得到所述超挖方量；

计算所述全部超挖部位的设计轮廓面网格面积，得到所述超挖部位的设计轮廓面面积；

计算所述超挖方量与所述设计轮廓面面积之商，以得到所述评价参数。

7.如权利要求1所述的用于评价隧道超欠挖情况的方法，其特征在于，通过所述评价处理软件计算所述隧道的欠挖数据的步骤包含以下步骤：

计算岩石个别突出部位每平方米的最大欠挖深度值以及欠挖方量。

8.如权利要求7所述的用于评价隧道超欠挖情况的方法，其特征在于，计算岩石个别突出部位每平方米的最大欠挖深度值以及欠挖方量的步骤进一步包含以下步骤：

在所述隧道的断面上划分最小网格，并识别出欠挖部位，其中，所述最小网格为1mm×1mm×1mm的网格；

计算所述欠挖部位的各自欠挖方量以及各自欠挖深度值；

以单个欠挖部位为中心，标定1平方米内的全部欠挖部位，计算所述全部欠挖部位的欠挖方量之和，以得到所述欠挖方量，并通过比较得到所述最大欠挖深度值。

9.一种用于评价隧道超欠挖情况的***，其特征在于，所述***包含：

三维激光扫描仪，其用于执行以下步骤：

对所述隧道进行扫描，获取所述隧道的点云数据；

对所述点云数据进行预处理，以得到预处理数据；

评价处理软件，其用于执行以下步骤：

提取所述预处理数据中的基本数据，并与施工设计文件中标定的数据进行对比，以得到第一评价结果，其中，所述基本数据包含中线、高程以及开挖断面净空；

根据所述预处理数据，计算得到所述隧道的超挖数据，并与控制标准进行对比，以得到第二评价结果；

根据所述预处理数据，计算得到所述隧道的欠挖数据，并与所述控制标准进行对比，以得到第三评价结果；

综合处理所述第一评价结果、所述第二评价结果以及所述第三评价结果，以得到最终评价结果。

10.如权利要求9所述的用于评价隧道超欠挖情况的***，其特征在于，所述***还包含：

全站仪，其与所述三维激光扫描仪配合，用于对所述隧道进行连续扫描，以得到所述隧道的所述点云数据。