CN116255904B - 矿山法隧道洞壁喷混凝土体积自动测量方法及*** - Google Patents

Abstract

一种矿山法隧道洞壁喷混凝土体积自动测量方法及***，自动测量***，包括隧道三维信息获取模块、位置信息获取模块和数据处理模块，所述隧道三维信息获取模块获取隧道、喷射混凝土表面和运动轨迹的三维坐标信息，所述位置信息获取模块获取红外测距仪的第一位置信息，也获取隧道洞壁表面的多个点的第二位置信息，所述数据处理模块确定喷射混凝土表面上的多个点的第三位置信息；由此，本发明通过获取隧道洞壁和喷射混凝土表面各截面上多个点的位置信息计算喷射混凝土各截面的面积，结合红外测距仪在运动轨迹上的移动距离，得到喷射混凝土的体积用量，可有效解决凹凸不平的隧道洞壁表面喷射混凝土体积用量无法准确获取的难题。

Description

矿山法隧道洞壁喷混凝土体积自动测量方法及***

技术领域

本发明涉及隧道洞壁内混凝土喷射施工的技术领域，尤其涉及一种矿山法隧道洞壁喷混凝土体积自动测量方法及***。

背景技术

矿山法隧道开挖后，为约束和控制围岩变形，加强围岩稳定性，需要施作支护结构。无论是复合式衬砌结构还是单层衬砌结构都需要进行喷射混凝土施工。目前，每个隧道开挖步距所需的喷射混凝土体积多根据工人经验进行估算。受限于岩体条件、施工工艺等因素，隧道开挖后洞壁的平整性往往较差，存在大量的凹坑，造成喷射混凝土估算用量与实际用量存在较大差异。喷射混凝土用量估算过少，隧道洞壁喷射混凝土厚度不达标，隧道结构安全无法保证；喷射混凝土用量估算过多，不仅浪费喷射混凝土，而且增加喷混机的清洗难度。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种矿山法隧道洞壁喷混凝土体积自动测量方法及***，可有效解决凹凸不平的隧道洞壁表面喷射混凝土体积用量无法准确获取的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿山法隧道洞壁喷混凝土体积自动测量方法及***，可有效解决隧道洞壁喷射混凝土体积用量无法准确获取的难题。

为实现上述目的，本发明公开了一种矿山法隧道洞壁喷混凝土体积自动测量***，包括隧道三维信息获取模块、位置信息获取模块和数据处理模块，其特征在于：

所述隧道三维信息获取模块获取隧道、喷射混凝土表面和运动轨迹的三维坐标信息，所述位置信息获取模块获取红外测距仪的第一位置信息，也获取隧道洞壁表面的多个点的第二位置信息，所述数据处理模块确定喷射混凝土表面上的多个点的第三位置信息，以根据第二位置信息和第三位置信息得到喷射混凝土的多个截面中的每个截面内每条光束形成的每两个一一对应点之间的距离；进而根据每两个一一对应点之间的距离拟定多个四边形，计算每个截面内所有四边形的面积，以通过累加得到喷射混凝土的每个截面的面积。

其中：所述隧道的三维坐标信息通过全站仪或三维扫描仪等测量设备经过测量得到，通过将测量设备放置在隧道的中线点或控制点上，测量计算后得到隧道横断面图，得到初期支护的内表面三维坐标信息，即喷射混凝土表面的三维坐标信息。

其中：红外测距仪安装在喷射混凝土机的机械臂上，机械臂沿着运动轨迹和开挖轨迹移动，移动距离可设置为固定值或根据隧道洞壁的平整度调整，运动轨迹位于喷射混凝土表面的内侧，运动轨迹在同一个隧道断面内；开挖轨迹与隧道轴线平行。

其中：红外测距仪发射分散的光束簇，光束簇由多条位于同一截面的光束组成，相邻光束之间具有间隔角，最外侧的光束与水平方向之间有夹角，光束簇穿过喷射混凝土表面，并射向隧道洞壁表面；每条光束分别与喷射混凝土表面和隧道洞壁表面形成一一对应的多个点，多个点皆位于同一截面内，红外测距仪沿着运动轨迹移动一周，形成环向的多个截面，沿着开挖轨迹移动，形成纵向的多个截面。

其中：第一位置信息通过运动轨迹的三维坐标信息确定；第二位置信息通过红外测距仪沿着光束簇路径至隧道洞壁表面上的多个点的距离进行测量得到；第三位置信息根据喷射混凝土表面上同一截面内的多个点的三维坐标信息以及红外测距仪的第一位置信息计算得到。

其中：四边形的两条边为光束a和另一光束b与隧道洞壁表面的交点向喷射混凝土表面作垂线所得的线段，线段互相平行，线段的长度通过每两个一一对应点之间的距离和光束的角度得到，线段之间的距离通过第三位置信息计算得到，根据喷射混凝土的每个截面的面积和相邻截面之间的距离计算相邻截面之间喷射混凝土的体积，并求和计算隧道开挖步距的喷射混凝土的体积用量。

其中：通过全站仪、三维扫描仪等设备测量得到隧道的三维坐标信息为(X_i,Yi,Zi)，其中，X、Y、Z方向分别为隧道断面的水平方向、竖直方向和轴向，结合隧道断面设计图得到喷射混凝土表面上各点的三维坐标信息(X_si,Y_si,Z_si)，根据运动轨迹上各点到喷射混凝土表面的垂直距离得到运动轨迹上各点的三维信息坐标(X_ri,Y_ri,Z_ri)，机械臂带动红外测距仪沿着运动轨迹移动确定红外测距仪的三维信息坐标信息(X_hi,Y_hi,Z_hi)。

其中：对于红外测距仪拍摄的同一截面，定义运动轨迹上各点到喷射混凝土表面的距离为b，b为预先设置的固定值；光束a和另一光束b为由最外侧开始的第i条和第i+1条光束，i∈[0,n]，n为光束个数，其与喷射混凝土表面的交点的B和D，与隧道洞壁表面的交点为A和C；红外测距仪到喷射混凝土表面的B和D点的距离分别为a_i和a_i+1；红外测距仪到隧道洞壁表面的A和C点的距离分别为c_i和c_i+1，该距离为直接测量得到；红外测距仪最外侧光束与水平方向的夹角为α，相邻光束之间的间隔角为γ，则光束a和光束b与水平方向夹角分别为α+γ×i和α+γ×(i+1)。

其中：光束a和另一光束b与喷射混凝土表面、隧道洞壁表面围成四边形ACDB，近似等于四边形ACD'B'，定义线段AB长度为s_i，线段CD长度为s_i+1，线段AB'长度为s_i'，CD'长度为s_i+1'，线段AB'与CD'之间的距离为h_i'；

则各参数可通过下式1-7确定：

a_i＝b/sin(α+γ×i)， (1

a_i+1＝b/sin[α+γ×(i+1)]； (2

s_i＝c_i-a_i＝c_i-b/sin(α+γ×i)， (3

s_i+1＝c_i+1-a_i+1＝c_i+1-b/sin[α+γ×(i+1)]； (4

s_i'＝s_i×sin(α+γ×i)＝c_i×sin(α+γ×i)-b/sin(α+γ×i)²， (5

s_i+1'＝s_i+1×sin[α+γ×(i+1)]＝c_i+1×sin[α+γ×(i+1)]-b/sin[α+γ×(i+1)]²；(6

h_i'＝c_i+1×cos[α+γ×(i+1)]-c_i×sin(α+γ×i)；(7

则四边形ACD'B'的面积为S_k'＝(s_i'+s_i+1')×h_i'/2，该截面的面积S_k＝Σ[(s_i'+s_i+1')×h_i'/2]，红外测距仪沿着运动轨迹移动由点E(X_k,Y_k,Z_k)移动到点F(X_k+1,Y_k+1,Z_k+1)并拍摄得到多个截面，环向移动距离为d_k，k∈[0,m]，运动轨迹在同一个隧道断面，Z_k＝Z_k+1，则则在该断面的喷射混凝土的体积用量为V＝Σ(S_k×d_k)。

还公开了一种矿山法隧道洞壁喷射混凝土体积用量测量方法，其特征在于包括以下步骤：

S1)获取隧道、喷射混凝土表面和运动轨迹的三维坐标信息；

S2)获取红外测距仪的第一位置信息，红外测距仪沿着运动轨迹移动；

S3)获取隧道洞壁表面的多个点的第二位置信息，多个点为光束簇与隧道洞壁表面的交线上的点，位于同一截面内；

S4)计算喷射混凝土表面上的多个点的第三位置信息，多个点为光束簇与喷射混凝土表面的交线上的点，位于同一截面内；

S5)根据第二位置信息和第三位置信息得到喷射混凝土的多个截面中的每个截面内每条光束形成的每两个一一对应点之间的距离；

S6)根据每两个一一对应点之间的距离拟定多个四边形，计算每个截面内所有四边形的面积，通过累加得到喷射混凝土的每个截面的面积；

S7)根据喷射混凝土的每个截面的面积和相邻截面之间的距离计算相邻截面之间喷射混凝土的体积，并求和计算隧道开挖步距的喷射混凝土的体积用量。

通过上述内容可知，本发明的矿山法隧道洞壁喷混凝土体积自动测量方法及***具有如下效果：

1、本发明通过获取隧道洞壁和喷射混凝土表面各截面上多个点的位置信息计算喷射混凝土各截面的面积，结合红外测距仪在运动轨迹上的移动距离，得到喷射混凝土的体积用量，可有效解决凹凸不平的隧道洞壁表面喷射混凝土体积用量无法准确获取的难题。

2、本发明还可适用于任何凹凸不平的物体表面堆积物料体积的测量，适用更为广泛可靠，实用性更好。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本发明矿山法隧道洞壁喷射混凝土体积用量测量***的流程示意图。

图2显示了本发明矿山法隧道洞壁喷射混凝土体积用量测量方法的应用场景隧道三维示意图。

图3显示了图1中A-A向的隧道断面示意图。

图4显示了红外测距仪获取的单个截面示意图。

图5显示了红外测距仪获取的环向多个截面示意图。

图6显示了红外测距仪获取的纵向多个截面示意图。

图7显示了图4的局部细节放大图。

图8显示了本发明矿山法隧道洞壁喷射混凝土体积用量测量方法的流程示意图。

附图标记：

10—隧道；11—隧道洞壁；12—喷射混凝土表面；13—运动轨迹；14—喷射混凝土；15—喷射混凝土机；16—机械臂；17—开挖轨迹；20—红外测距仪；21—光束簇；22—光束a；23—光束b。

具体实施方式

参见图1，显示了本发明的矿山法隧道洞壁喷混凝土体积自动测量***。

所述矿山法隧道洞壁喷混凝土体积自动测量***包括隧道三维信息获取模块110、位置信息获取模块120和数据处理模块130，所述隧道三维信息获取模块110能获取隧道10、喷射混凝土表面12和运动轨迹13的三维坐标信息。所述位置信息获取模块120用于获取红外测距仪20的第一位置信息，也用于获取隧道洞壁表面12的多个点的第二位置信息。所述数据处理模块130用于确定喷射混凝土表面12上的多个点的第三位置信息，以根据第二位置信息和第三位置信息得到喷射混凝土14的多个截面中的每个截面内每条光束形成的每两个一一对应点之间的距离；进而根据每两个一一对应点之间的距离拟定多个四边形，计算每个截面内所有四边形的面积，以通过累加得到喷射混凝土的每个截面的面积。

由此，本发明的隧道三维信息获取模块，用于获取隧道、喷射混凝土表面和运动轨迹的三维坐标信息；位置信息获取模块，用于获取红外测距仪的第一位置信息，红外测距仪沿着运动轨迹移动；用于获取隧道洞壁表面的多个点的第二位置信息，多个点为光束簇与隧道洞壁表面的交线上的点，位于同一截面内；数据处理模块，用于计算喷射混凝土表面上的多个点的第三位置信息，多个点为光束簇与喷射混凝土表面的交线上的点，位于同一截面内；并且，根据第二位置信息和第三位置信息得到喷射混凝土的多个截面中的每个截面内每条光束形成的每两个一一对应点之间的距离；以及根据每两个一一对应点之间的距离拟定多个四边形，计算每个截面内所有四边形的面积，通过累加得到喷射混凝土的每个截面的面积；以及根据喷射混凝土的每个截面的面积和相邻截面之间的距离计算相邻截面之间喷射混凝土的体积，并求和计算隧道开挖步距的喷射混凝土的体积用量。

具体而言，如图2和图3所示，所述隧道10的三维坐标信息可以通过全站仪或三维扫描仪等测量设备经过测量得到。通过将测量设备放置在隧道的中线点或控制点上，测量计算后得到隧道横断面图(即隧道的三维坐标信息)，结合隧道设计参数，可以得到初期支护的内表面三维坐标信息，即喷射混凝土表面12的三维坐标信息。其中红外测距仪20可以安装在喷射混凝土机15的机械臂16上，机械臂16可以沿着运动轨迹13和开挖轨迹17(其中运动轨迹是与喷射混凝土表面(即隧道水平和竖直方向构成的平面)距离相等的点构成的曲线，开挖轨迹是隧道轴线方向)移动，移动距离可设置为固定值或根据隧道洞壁的平整度调整。其中，运动轨迹13位于喷射混凝土表面12的内侧，运动轨迹13为预先设定的在同一隧道断面内的曲线；开挖轨迹17与隧道轴线平行(其中隧道轴线的三维坐标在设计阶段已确定)。

如图4-图6所示，红外测距仪20可发射分散的光束簇21，光束簇21由多条位于同一截面的光束组成。相邻光束之间具有间隔角(即图4中的γ)，最外侧的光束与水平方向之间有夹角(即图4中的α)，夹角和间隔角的设置以测量精度和红外测距仪20的测量宽度能覆盖隧道开挖步距为准，优选的是，由于开挖步距和红外测距仪到隧道洞壁的距离已知，可以计算得到最外侧的两个光束之间夹角，然后得到出γ和α。对于同一个隧道可以根据最大步距计算得到γ和α，也可根据实际情况设置多个γ和α，按需要进行选用。开挖步距一侧是未开挖的洞壁，一侧已喷射混凝土，如光束的覆盖范围超过开挖步距，可设置一个阈值，当喷射混凝土表面至隧道洞壁表面的距离小于阈值时，该条光束不进行计算。光束簇21穿过喷射混凝土表面12，并射向隧道洞壁表面11；每条光束分别与喷射混凝土表面12和隧道洞壁表面11形成一一对应的多个点，多个点皆位于同一截面内。红外测距仪20沿着运动轨迹13移动一周，形成环向的多个截面，沿着开挖轨迹17移动，形成纵向的多个截面。

如图4所示，第一位置信息可以通过运动轨迹13的三维坐标信息确定；第二位置信息可以通过红外测距仪沿着光束簇21路径至隧道洞壁表面12上的多个点的距离进行测量得到；第三位置信息根据喷射混凝土表面12上同一截面内的多个点的三维坐标信息以及红外测距仪20的第一位置信息计算得到。

如图7所示，四边形的两条边为光束a22和另一光束b23与隧道洞壁表面11的交点向喷射混凝土表面12作垂线所得的线段，线段互相平行，线段的长度通过每两个一一对应点之间的距离和光束的角度计算得到，线段之间的距离通过第三位置信息计算得到。根据喷射混凝土14的每个截面的面积和相邻截面之间的距离计算相邻截面之间喷射混凝土的体积，并求和计算隧道开挖步距的喷射混凝土的体积用量，其中，相邻截面之间的距离通过红外传感器在运动轨迹上移动的距离得到。

以光束a22和另一光束b23为例说明数据处理模块120对喷射混凝土的体积用量的计算方法：

通过全站仪、三维扫描仪等设备测量得到隧道10的三维坐标信息为(X_i,Yi,Zi)，其中，X、Y、Z方向分别为隧道断面的水平方向、竖直方向和轴向，结合隧道断面设计图，可以得到喷射混凝土表面12上各点的三维坐标信息(X_si,Y_si,Z_si)，根据预先设定的运动轨迹13上各点到喷射混凝土表面12的垂直距离，计算得到运动轨迹上各点的三维信息坐标(X_ri,Y_ri,Z_ri)，机械臂带动红外测距仪沿着运动轨迹移动，则可知红外测距仪的三维信息坐标信息(X_hi,Y_hi,Z_hi)，本领域技术人员可根据常识进行具体换算，此处不再赘述。

对于红外测距仪拍摄的同一截面，定义运动轨迹上各点到喷射混凝土表面的距离为b，b为预先设置的固定值(如图4所示)；光束a22和光束b23为由最外侧开始的第i条和第i+1条光束，i∈[0,n]，n为光束个数，其与喷射混凝土表面的交点的B和D，与隧道洞壁表面的交点为A和C；红外测距仪到喷射混凝土表面的B和D点的距离分别为a_i和a_i+1；红外测距仪到隧道洞壁表面的A和C点的距离分别为c_i和c_i+1，该距离为直接测量得到；红外测距仪最外侧光束与水平方向的夹角为α，相邻光束之间的间隔角为γ，则光束a22和光束b23与水平方向夹角分别为α+γ×i和α+γ×(i+1)。

另外，光束a22、光束b23与喷射混凝土表面、隧道洞壁表面围成四边形ACDB，可以近似等于四边形ACD'B'(如图7所示)。定义线段AB长度为s_i，线段CD长度为s_i+1，线段AB'长度为s_i'，CD'长度为s_i+1'，线段AB'与CD'之间的距离为h_i'。

则各参数可通过下式1-7确定：

a_i＝b/sin(α+γ×i)， (1

a_i+1＝b/sin[α+γ×(i+1)]； (2

s_i＝c_i-a_i＝c_i-b/sin(α+γ×i)， (3

s_i+1＝c_i+1-a_i+1＝c_i+1-b/sin[α+γ×(i+1)]； (4

s_i'＝s_i×sin(α+γ×i)＝c_i×sin(α+γ×i)-b/sin(α+γ×i)²， (5

s_i+1'＝s_i+1×sin[α+γ×(i+1)]＝c_i+1×sin[α+γ×(i+1)]-b/sin[α+γ×(i+1)]²；(6

h_i'＝c_i+1×cos[α+γ×(i+1)]-c_i×sin(α+γ×i)；(7

则四边形ACD'B'的面积为S_k'＝(s_i'+s_i+1')×h_i'/2，该截面的面积S_k＝Σ[(s_i'+s_i+1')×h_i'/2]，红外测距仪沿着运动轨迹移动由点E(X_k,Y_k,Z_k)移动到点F(X_k+1,Y_k+1,Z_k+1)并拍摄得到多个截面，环向移动距离为d_k，k∈[0,m]，运动轨迹在同一个隧道断面，Z_k＝Z_k+1，则则在该断面的喷射混凝土的体积用量为V＝Σ(S_k×d_k)。

如图8所示，本发明还涉及一种矿山法隧道洞壁喷射混凝土体积用量测量方法，该方法包括以下步骤：

S1)获取隧道、喷射混凝土表面和运动轨迹的三维坐标信息；

S2)获取红外测距仪的第一位置信息，红外测距仪沿着运动轨迹移动；

S3)获取隧道洞壁表面的多个点的第二位置信息，多个点为光束簇与隧道洞壁表面的交线上的点，位于同一截面内；

S4)计算喷射混凝土表面上的多个点的第三位置信息，多个点为光束簇与喷射混凝土表面的交线上的点，位于同一截面内；

S5)根据第二位置信息和第三位置信息得到喷射混凝土的多个截面中的每个截面内每条光束形成的每两个一一对应点之间的距离；

S6)根据每两个一一对应点之间的距离拟定多个四边形，计算每个截面内所有四边形的面积，通过累加得到喷射混凝土的每个截面的面积；

S7)根据喷射混凝土的每个截面的面积和相邻截面之间的距离计算相邻截面之间喷射混凝土的体积，并求和计算隧道开挖步距的喷射混凝土的体积用量。

在步骤S1中，隧道的三维坐标信息可以通过全站仪、三维扫描仪等设备测量得到；喷射混凝土表面的三维坐标信息通过隧道的三维坐标信息和隧道设计参数得到；运动轨迹位于喷射混凝土表面的内侧，在其中一个实施例中，运动轨迹上各点到喷射混凝土表面的垂直线段距离相等。

其中在步骤S2中，第一位置信息可以通过运动轨迹的三维坐标信息确定；红外测距仪可发射分散的光束簇，光束簇由多条位于同一截面的光束组成，光束簇穿过喷射混凝土表面，并射向隧道洞壁表面；红外测距仪沿着运动轨迹移动一周，形成多个截面。

其中，光束之间具有间隔角，最外侧的光束与水平方向之间有夹角，夹角和间隔角的设置以测量精度和红外测距仪的测量宽度能覆盖隧道开挖步距为准。

其中，红外测距仪可安装在喷射混凝土机的机械臂上，机械臂可以沿着运动轨迹和开挖轨迹移动，移动距离可设置为固定值或根据隧道洞壁的平整度调整。

其中步骤S3中，第二位置信息可以通过红外测距仪沿着所述光束簇路径至隧道洞壁表面上的多个点的距离进行测量得到。

其中步骤S4中，第三位置信息根据喷射混凝土表面上同一截面内的多个点的三维坐标信息以及红外测距仪的第一位置信息计算得到。

其中步骤S6中：四边形的两条边为相邻光束与隧道洞壁表面的交点向喷射混凝土表面作垂线所得的线段，线段互相平行，线段的长度通过每两个一一对应点之间的距离和光束的角度计算得到，线段之间的距离通过第三位置信息计算得到。

其中步骤S7中：相邻截面之间的距离通过红外传感器在运动轨迹上移动的距离得到。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (7)

1.一种矿山法隧道洞壁喷混凝土体积自动测量***，包括隧道三维信息获取模块、位置信息获取模块和数据处理模块，其特征在于：

所述隧道三维信息获取模块获取隧道、喷射混凝土表面和运动轨迹的三维坐标信息，所述位置信息获取模块获取红外测距仪的第一位置信息，也获取隧道洞壁表面的多个点的第二位置信息，所述数据处理模块确定喷射混凝土表面上的多个点的第三位置信息，以根据第二位置信息和第三位置信息得到喷射混凝土的多个截面中的每个截面内每条光束形成的每两个一一对应点之间的距离；进而根据每两个一一对应点之间的距离拟定多个四边形，计算每个截面内所有四边形的面积，以通过累加得到喷射混凝土的每个截面的面积，四边形的两条边为光束a和另一光束b与隧道洞壁表面的交点向喷射混凝土表面作垂线所得的线段，线段互相平行，线段的长度通过每两个一一对应点之间的距离和光束的角度得到，线段之间的距离通过第三位置信息计算得到，根据喷射混凝土的每个截面的面积和相邻截面之间的距离计算相邻截面之间喷射混凝土的体积，并求和计算隧道开挖步距的喷射混凝土的体积用量；

所述隧道的三维坐标信息通过全站仪或三维扫描仪的测量设备经过测量得到，通过将测量设备放置在隧道的中线点或控制点上，测量计算后得到隧道横断面图，得到初期支护的内表面三维坐标信息，即喷射混凝土表面的三维坐标信息；

红外测距仪安装在喷射混凝土机的机械臂上，红外测距仪发射分散的光束簇，光束簇由多条位于同一截面的光束组成，相邻光束之间具有间隔角，最外侧的光束与水平方向之间有夹角，光束簇穿过喷射混凝土表面，并射向隧道洞壁表面；每条光束分别与喷射混凝土表面和隧道洞壁表面形成一一对应的多个点，多个点皆位于同一截面内，红外测距仪沿着运动轨迹移动一周，形成环向的多个截面，沿着开挖轨迹移动，形成纵向的多个截面。

2.如权利要求1所述的矿山法隧道洞壁喷混凝土体积自动测量***，其特征在于：机械臂沿着运动轨迹和开挖轨迹移动，移动距离可设置为固定值或根据隧道洞壁的平整度调整，运动轨迹位于喷射混凝土表面的内侧，运动轨迹在同一个隧道断面内；开挖轨迹与隧道轴线平行。

3.如权利要求1所述的矿山法隧道洞壁喷混凝土体积自动测量***，其特征在于：第一位置信息通过运动轨迹的三维坐标信息确定；第二位置信息通过红外测距仪沿着光束簇路径至隧道洞壁表面上的多个点的距离进行测量得到；第三位置信息根据喷射混凝土表面上同一截面内的多个点的三维坐标信息以及红外测距仪的第一位置信息计算得到。

4.如权利要求1所述的矿山法隧道洞壁喷混凝土体积自动测量***，其特征在于：通过全站仪或三维扫描仪测量得到隧道的三维坐标信息为(X_i,Y_i,Z_i)，其中，X、Y、Z方向分别为隧道断面的水平方向、竖直方向和轴向，结合隧道断面设计图得到喷射混凝土表面上各点的三维坐标信息(X_si,Y_si,Z_si)，根据运动轨迹上各点到喷射混凝土表面的垂直距离得到运动轨迹上各点的三维信息坐标(X_ri,Y_ri,Z_ri)，机械臂带动红外测距仪沿着运动轨迹移动确定红外测距仪的三维信息坐标信息(X_hi,Y_hi,Z_hi)。

5.如权利要求4所述的矿山法隧道洞壁喷混凝土体积自动测量***，其特征在于：对于红外测距仪拍摄的同一截面，定义运动轨迹上各点到喷射混凝土表面的距离为b，b为预先设置的固定值；光束a和另一光束b为由最外侧开始的第i条和第i+1条光束，i∈[0,n]，n为光束个数，其与喷射混凝土表面的交点的B和D，与隧道洞壁表面的交点为A和C；红外测距仪到喷射混凝土表面的B和D点的距离分别为a_i和a_i+1；红外测距仪到隧道洞壁表面的A和C点的距离分别为c_i和c_i+1，该距离为直接测量得到；红外测距仪最外侧光束与水平方向的夹角为α，相邻光束之间的间隔角为γ，则光束a和光束b与水平方向夹角分别为α+γ×i和α+γ×(i+1)。

6.如权利要求5所述的矿山法隧道洞壁喷混凝土体积自动测量***，其特征在于：光束a和另一光束b与喷射混凝土表面、隧道洞壁表面围成四边形ACDB，近似等于四边形ACD'B'，定义线段AB长度为s_i，线段CD长度为s_i+1，线段AB'长度为s_i'，CD'长度为s_i+1'，线段AB'与CD'之间的距离为h_i'；

则各参数可通过下式1-7确定：

a_i＝b/sin(α+γ×i)，(1

a_i+1＝b/sin[α+γ×(i+1)]；(2

s_i＝c_i-a_i＝c_i-b/sin(α+γ×i)，(3

s_i+1＝c_i+1-a_i+1＝c_i+1-b/sin[α+γ×(i+1)]；(4

s_i'＝s_i×sin(α+γ×i)＝c_i×sin(α+γ×i)-b/sin(α+γ×i)²，(5

s_i+1'＝s_i+1×sin[α+γ×(i+1)]＝c_i+1×sin[α+γ×(i+1)]-b/sin[α+γ×(i+1)]²；

(6

h_i'＝c_i+1×cos[α+γ×(i+1)]-c_i×sin(α+γ×i)；(7

则四边形ACD'B'的面积为S_k'＝(s_i'+s_i+1')×h_i'/2，该截面的面积S_k＝Σ[(s_i'+s_i+1')×h_i'/2]，红外测距仪沿着运动轨迹移动由点E(X_k,Y_k,Z_k)移动到点F(X_k+1,Y_k+1,Z_k+1)并拍摄得到多个截面，环向移动距离为d_k，k∈[0,m]，运动轨迹在同一个隧道断面，Z_k＝Z_k+1，则则在该断面的喷射混凝土的体积用量为V＝Σ(S_k×d_k)。

7.一种矿山法隧道洞壁喷射混凝土体积用量测量方法，其特征在于包括以下步骤：

S1)获取隧道、喷射混凝土表面和运动轨迹的三维坐标信息；

S2)获取红外测距仪的第一位置信息，红外测距仪沿着运动轨迹移动；

S3)获取隧道洞壁表面的多个点的第二位置信息，多个点为光束簇与隧道洞壁表面的交线上的点，位于同一截面内；

S4)计算喷射混凝土表面上的多个点的第三位置信息，多个点为光束簇与喷射混凝土表面的交线上的点，位于同一截面内；

S5)根据第二位置信息和第三位置信息得到喷射混凝土的多个截面中的每个截面内每条光束形成的每两个一一对应点之间的距离；

S6)根据每两个一一对应点之间的距离拟定多个四边形，计算每个截面内所有四边形的面积，通过累加得到喷射混凝土的每个截面的面积；

S7)根据喷射混凝土的每个截面的面积和相邻截面之间的距离计算相邻截面之间喷射混凝土的体积，并求和计算隧道开挖步距的喷射混凝土的体积用量。