基于轨道移动式激光扫描多期点云的隧道断面变形提取方法

针对轨道移动式激光扫描技术监测地铁隧道变形的点云数据特征和隧道断面变形信息提取与分析的问题,本文提出了一种基于轨道移动式激光扫描点云的隧道断面变形提取方法和处理流程.首先采用RANSAC圆柱检测法提取地铁结构特征部位点云,利用提取的隧道结构点云进行点云的粗配准.然后设计了一种基于权重的ICP算法的精配准方法,精配准后的隧道点云通过切片点云降维处理得到二维断面数据,利用断面的k近邻点拟合曲线提取隧道断面变形值,并采用弧线投影的方法对断面变形表达.实验验证表明,提出的基于曲线拟合隧道断面变形分析的方法和过程,能够准确高效地提取到0.7 mm以上的地铁隧道断面变形信息.     

基于地铁隧道点云数据的组合滤波算法

目的提出一种点云数据组合的滤波方法,对地铁隧道的点云数据进行有效的精简滤波,提高地铁隧道结构变形分析的准确性.方法首先,对三维点云数据采用基于统计特征的滤波方法进行初步滤波,去除远离点云数据主体的离散点;其次,估算点云数据模型各数据点的高斯曲率,将点云数据分为突变区域和平滑区域;最后,采用双边滤波算法对突变区域点云数据进行滤波,采用改进的均值滤波算法对平滑区域点云数据进行滤波处理.结果通过对沈阳地铁隧道点云数据进行滤波实验及拟合圆半径分析,笔者所提组合滤波算法可以在保留隧道壁和轨道等结构的情况下,去除离散点和隧道壁上的无关非点等噪声;该算法对点云数据进行了有效精简,拟合圆的半径与设计半径差值更小,结果精度更高.结论笔者所提出的滤波算法可去除地铁三维点云数据的噪声点,并完整保留了隧道结构的几何细节特征,提高了变形分析的精度.     

三维激光扫描技术在高速公路现役隧道变形监测上的应用

该文分析了现有隧道变形监测方法存在的问题与不足,设计了将三维激光扫描技术应用于现役高速公路隧道检测的数据采集方案,实现了隧道内测控条件下的激光扫描快速作业与多测站点云高精度拼接方法。探索出一套从三维激光扫描点云中提取横/纵断面、与隧道断面设计对比、多期点云数据全断面变形检测的数据处理与分析方法,并在此基础上实现了病害与变形的关联检查分析。     

装配式钢混组合梁全息图像拼接方法试验研究

针对传统桥梁监测方法存在测点数量有限的问题,提出一种通过摄影测量手段获取桥梁全息几何形态信息的方法,以进行对全桥任意点变形监测。首先采用形态图像数据采集系统获取试验梁具有重复区域连续照片,然后基于改进后SIFT算法对连续图片进行拼接可得试验梁全息图片,进而获取试验梁全息几何形态,最后基于全息形态位移信息追踪算法提取试验梁各工况下的全息变形曲线。通过与传统位移计测量结果和基于SIFT算法拼接而得位移结果进行对比发现：基于改进后SIFT算法实现的拼接图像包含信息丰富,可为大尺度结构大视场应用情况下全息几何形态监测奠定基础。     

点云格网化滤波方法及其在隧道变形监测中的应用

将三维激光扫描技术应用于地铁隧道变形监测,针对点云数据的预处理问题,研究基于小波分析的点云格网化滤波方法。结合南京地铁隧道扫描点云数据及其特性,分析和选择合理的插值方法对隧道点云进行格网化处理,采用小波变换对格网点数据进行异常值探测,采用小波阈值去噪对格网点数据进行整体去噪,获得滤波后的点云并进行封装对比,获得了很好的滤波效果。     

基于三维激光扫描技术的高边坡变形监测分析

针对高速公路高边坡容易发生失稳破坏且监测难度大等问题,提出采用三维激光扫描技术对高边坡工程进行非接触式变形监测分析。为解决多期边坡对象的大体量点云数据难以配准问题,设计了一套基于边坡的永久性三棱锥作为控制点,通过各期点云数据中三棱锥特征提取相应控制点,对多期点云数据进行坐标系换算,进而实现多期点云数据的坐标配准,并对配准后的多期点云数据进行分析,运用算法程序处理并提取边坡变形信息。结果表明:利用三维激光扫描技术对高速公路高边坡进行自动化变形监测,能够获取边坡从局部到整体变形信息,提前预知边坡发展状况,对边坡的失稳破坏做出预警。可见,将三维激光扫描技术应用于高边坡的变形监测具有显著地优越性、可行性和应用价值。     

利用三维激光扫描数据和KNNS-ICP算法进行变形分析

利用KNNS-ICP算法对扫描物体的变形量进行分析,提取目标物变形量的6个参数,即3个旋转变量和3个平移变量,充分利用了扫描点云中的几何信息,通过对目标物点云的整体分析来提取变形量,避免了利用单点进行变形分析的偶然性.ICP算法主要从不同目标物点云数据的获取、变形前和变形后点云的整体配准、对全局配准后的每个目标物点云进行局部匹配来获取变形量等3个阶段来进行.通过理想状况下的实验模型及非理想状况下的实验模型进行实例分析,论证了利用该方法进行变形监测的可行性.     

三维激光扫描在地铁隧道变形监测中的开发应用

地铁隧道进行变形监测时多采用全站仪进行,虽然其监测精度较高,但需在被测处放置特定装置,测量工作量大、效率低。三维激光扫描仪能提供视场内、有效测程的一定采样密度的点云数据,并具有较高的测量精度和极高的数据采集效率,可以有效地避免传统变形监测数据的局部性和片面性,即以点代面的分析方法的局限性。针对运营地铁线路要长期进行隧道变形监测的需求,本文开发了三维激光扫描数据处理系统,功能主要包括点云去噪、配准、断面提取和拟合。通过导入三维激光扫描仪采集的隧道点云数据可以生成不同里程隧道断面图和变化分析图,从而实现三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用。     

点云数据在室内场景信息获取与装潢设计中的应用

以位于厦门市新城际广场商品房为研究对象,提出基于高精度、高速率的三维激光点云数据的室内场景三维信息研究.通过三维激光扫描,对采集的点云数据进行拼接、去噪等预处理,并基于点云数据运用算法,精确提取砖块和管道信息,绘制室内的几何平面图、二维线划图,实现室内信息数据的有效获取及分析.应用结果表明,三维激光扫描技术对室内三维数据的提取及场景设计效率高,大大降低了数据采集的时间成本和人工成本,提高了生成实践效率.     

基于空间网格划分的点云质量检测算法

随着三维激光扫描技术的快速发展,它以非接触性、高密度、高精度、数字化、自动化等特点,被广泛用于多个邻域,其中在建筑物变形监测领域的应用也越来越广泛。针对扫描设备获取的大量变形监测数据,快速地统计出前后两期数据变化差异值,提出了一种基于空间网格划分的点云质量检测算法,算法通过对不同期点云模型进行空间网格划分,依据网格进行点云邻域搜索,并根据点云变化差异值给点云赋予不同色谱颜色值,最后进行直观的两期点云变化差异可视化,并绘制出统计信息图。研究表明,该算法能够快速地分析对比两期点云数据,输出变化差异统计信息,能够为工程的运营提供快速的安全指导参考。     

基于车载三维激光扫描结果的桥面变形分析

车载三维激光扫描技术能够直接对目标结构表面进行三维量测,并采用三维阵列点云的方式来生成结构物表面的三维形态和记录点位坐标,打破了传统的桥梁变形监测方法仅有数个独立点的局限性,扩大了桥面变形监测范围,提高了结构物的观测精度,并能快速、完整的进行量测。本文将车载三维激光扫描技术引入到桥梁变形监测中,基于全长331.2m的预应力混凝土连续-刚构桥为背景,采用三维激光扫描技术对其温度变形进行探索。在监测环境温差20℃范围内,对其进行多次桥面几何形态数据采集,并对采集的数据进行处理。对基于车载三维激光扫描点云数据的NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines)曲面提出了一种新的变形测量方法,得到整个桥面的变形测量结果,再与采用有限元分析软件MIDAS CIVIL建模得到的各温差下理论变形数据进行对比,发现基于NURBS曲面的分析处理方法获得的变形测量值具有良好的精度和可靠性,并能够获取桥梁点-线-面的整体变形监测结果,与单点变形监测相比,弥补了其缺乏线性变形及整体变形特征的不足,有较好的工程应用前景。     

基于激光点云的隧道中心线自动提取算法

目的提出一种基于三维激光点云数据的隧道中心线自动提取方法,解决地铁盾构隧道中心线提取困难、精度低的问题.方法利用共有点坐标换算完成扫描仪坐标系和隧道工程坐标系的统一;截取一定厚度的隧道平面切片,并对切片点云去噪、滤波、投影,得到断面点云;通过改进的最小二乘椭圆拟合法,无需对所有断面点云拟合即可解算出精确的椭圆方程和该断面的中心点,利用二次样条曲线插值得出隧道中心线.结果通过对FARO FOCUS 3D X330获取的地铁隧道点云数据进行实验,笔者提出的方法能快速拟合出隧道断面,自动提取隧道中心线误差小于2.01 mm.结论该算法解决了以往隧道中心线提取方法速度缓慢且精度较差的缺陷,能对隧道施工以及隧道变形检测提供指导和借鉴.     

灯草塘隧道施工监控量测及分析

隧道施工监测直接关系到工程质量与安全,是信息化施工的一项重要课题,越来越受到施工单位与业主的重视。在灯草塘双连拱隧道中,对隧道围岩变形及地表沉降进行了现场监测与分析研究,获得了隧道各施工阶段的地表沉降、拱顶下沉和周边收敛数据资料,有效地控制了隧道围岩变形,成功地对隧道的地质灾害进行了动态预测、预报,避免了重大事故的进一步发展。研究成果对类似工程具有一定的指导意义和实际应用价值。     

三维激光扫描仪在变形监测中的应用

本文以基坑和隧道为例,分别介绍了三维激光扫描仪在其变形监测中的应用,并结合Geomagic Studio软件对采集的点云数据进行了3D分析。工程实践表明,采用三维激光扫描技术得到的变形监侧结果与实际情况基本一致,其效果甚好。     

黄土隧道施工的监测与信息化施工

黄土隧道围岩应力和变形具有多变的特点,采取量测手段,跟踪掌握围岩应力和变形,及时调整支护参数,是黄土隧道施工技术工作的一项重要内容。隧道施工和监控量测工作要放在首要位置,准确掌握围岩沉降、收敛规律以及支护压力,便于及时调整施工参数。同时也为二次衬砌施作时间提供了准确的信息依据。本文介绍了黄土隧道施工监测的目的和常用的监测方法,并通过实例说明监测和信息化施工的重要性。     

基于现场监测和数值模拟的隧道初期支护效果分析

以沙子塘隧道出口偏压段为依托,采取现场监测及数值计算等技术手段,详细分析典型监测断面围岩与支护结构相互作用关系。研究过程中对典型断面的围岩变形、钢支撑压力、锚杆轴力进行现场监测,并分析各个监测点的受力变形特征,并对围岩-支护结构作用关系进行评价。同时,为了进一步验证数据结果的准确性,采用数值计算手段分析监测断面的结构受力变形特征,并与监测数据对比分析,验证监测数据的准确性。研究表明,合理的应用监测及数值计算能够指导隧道现场施工,有效地提前预测施工可能遇到的风险,为控制隧道施工期围岩变形及支护技术提出一定的参考建议。研究成果对偏压隧道在洞口附近的监测方法及衬砌设计提供了重要的实践指导和理论支撑,对洞口衬砌支护效果、评价以及后期处治都有很好的借鉴作用。     

上跨既有地铁线深基坑工程变形控制措施研究

在既有地铁隧道邻近位置或上方进行基坑开挖,容易导致地铁隧道变形,从而对其使用功能和安全性产生严重影响.结合具体工程实例,从基坑设计、坑底地基加固、施工控制和信息化施工监测4个方面采取措施控制地铁隧道的变形,保护隧道基坑及地铁隧道的安全.监测结果表明,监测数据均在监测控制限值内,对既有地铁隧道起到有效保护.设计、施工措施及监测数据可供类似工程参考.     

结合位置关系卷积与深度残差网络的三维点云识别与分割

针对现有点云识别与分割算法因忽视点的位置特征和局部几何特征关系而导致难以捕获具有鉴别力的局部几何信息的问题,提出基于位置关系深度残差神经网络的三维点云识别与分割算法。将原始点云嵌入到高维空间并获取其高维特征;将点云的高维特征输入位置关系卷积实现局部邻域内当前点特征与位置几何特征的信息交流,并通过深度残差模块强化提取到的深层语义特征,分层重复以上步骤可逐步得到点云的高级上下文语义特征;通过全连接层与解码器,得到点云的识别与分割结果。实验结果表明,所提算法在ModelNet40点云分类数据集的识别精度达到了93.9%,在ShapeNet Part点云部件语义分割数据集的平均交并比达到了86.0%。所提算法能够提取三维点云的关键特征信息,具有较好的三维点云识别与分割能力。     

基于盾构隧道环缝点云的中轴线提取方法

为了降低盾构隧道中轴线提取对原始点云预处理的要求,引入了点云特征提取方法。 首先, 以基于距离差特征的裂缝点云提取方法,识别盾构隧道管片拼接处的环缝点云;然后,以最小二乘 法对提取的环缝内散点进行环缝曲线拟合;最后,在环缝曲线的基础上提取隧道中轴线。 实验结果 表明:基于距离差特征的点云提取方法能够有效识别环缝点云,并在环缝点云的基础上拟合得到隧 道中轴线。 与传统提取方法相比,该方法更加快捷,且提取的中轴线更具有空间感。     

山岭隧道地上地下一体化三维建模方法

针对山岭隧道地上地下一体化三维建模效率低、数据融合难度大的问题,提出一套基于BIM+GIS+倾斜摄影技术的建模方法。以武汉市黄龙山隧道为例,首先,按用途和施工工序对山岭隧道构件进行分类,利用Revit和Dynamo软件,采用参数化建模+自适应拼接的方法构建隧道三维结构模型;其次,通过无人机采用倾斜摄影技术获取地表影像,构建三维实景模型;通过影像匹配和滤波技术处理点云数据,生成数字高程模型(DEM),并结合钻孔数据,采用插值法和约束分区的方法构建三维地质模型;最后,基于MapGIS实现隧道结构模型、地表三维实景模型、三维地质模型的集成。该方法可以优化模型管理方式,减少数据信息的丢失,实现隧道工程信息的集成与共享。