采用三维激光扫描反射率信息生成隧道内壁影像的方法
【专利摘要】本发明公开了一种采用三维激光扫描反射率信息生成隧道内壁影像的方法，该方法采用三维激光扫描获取隧道的各衬砌环点云数据，通过提取各衬砌环的点云数据，绕各衬砌环轴线中心位置平移旋转后至标准圆柱体按里程顺序排列，再将衬砌环内壁点云数据经等角正切投影展开至平面，最后利用投影后的点云反射率信息插值生成隧道内壁影像。本发明的优点是，采用本方法生成的隧道内壁影像的里程精度、主要特征物尺寸量算精度以及影像分辨率均较高，影像信息经人工或计算机视觉判读之后可提取隧道病害信息的位置、大小、面积、类型等；此外该方法可作为隧道维护的新技术手段，能大幅提高隧道巡检的定量分析能力。
【专利说明】采用H维激光扫描反射率信息生成隧道内壁影像的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及隧道内壁影像信息采集方法，具体涉及一种采用H维激光扫描反射率 信息经投影与插值生成隧道内壁二维可量测影像的方法。
【背景技术】
[0002] 在城市轨道交通隧道维护工作中，通过对隧道内壁影像信息的判读可识别并量测 附属设备的空间分布和表观病害信息。传统的影像获取一般采用人工光学照相，该采集方 式受制于隧道内光线条件和作业时间限制，难W采集大量高精度的可量测隧道内壁影像。
[0003] 传统隧道内壁影像信息采集方法，主要采用单镜头或多镜头光学方式采集隧道内 壁360°影像，然后经拼接处理形成内壁展开影像图。光学方式所采集的影像质量依赖于光 线条件，且难W通过形成立体影像来获取可量测的影像，一次拍摄作业所采集的内壁影像 长度和宽度也受较大限制。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种采用H维激光扫描反射 率信息生成隧道内壁影像的方法，该方法通过提取各衬硕环的点云数据，绕各衬硕环轴线 中也位置平移旋转后至标准圆柱体按里程顺序排列，再将衬硕环内壁点云数据经等角正切 投影展开至平面，最后利用投影后的点云反射率信息插值生成隧道内壁影像。
[0005] 本发明目的实现由W下技术方案完成： 一种采用H维激光扫描反射率信息生成隧道内壁影像的方 法，其特征在于所述方法包括如下步骤：定义衬硕环Q，衬硕环 0由而，￥〇,2〇，氏胖，〇，目参数定义，其中：(才〇而，艺日）为所述衬硕环中也轴线的中点，1?为 所述衬硕环的内径，W为衬硕环宽度，a为轴线在XOY平面的方位角，目为所述隧道轴线纵 坡角；采用H维激光扫描获取所述隧道的各衬硕环径点云数据，所述点云包括坐标和反射 率信息；根据衬硕环Q在工程坐标系O-XYZ中的点云坐标，来确定衬硕环a在XOY平面内 投影矩形〇4马Cl马内的点集巧。；将点集巧。进行平移旋转，获得在里程坐标系o-xyz下的 新点集if;在点集if中提取在里程坐标系o-xyz的xoy平面内投影矩形〇4鸟内的点 集if，其中该投影矩形马中的A2B2与投影矩形□為马CiA中的DiCi共边，皆沿X轴 平移衬硕环Q所在里程馬获得点集巧，点集巧为衬硕环径在里程坐标系o-xyz的里程方 向上的有序点集；之后将衬硕环Q内壁点云数据经等角正切投影展开至平面，利用投影后 的点云反射率信息插值计算生成所述隧道的二维内壁影像。
[0006] 投影矩形曰為马Cl马在工程坐标系O-XYZ中的坐标为：
【权利要求】
1. 一种采用三维激光扫描反射率信息生成隧道内壁影像的 方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：定义衬砌环Q，衬砌环 0由XwY&Z。，!^，a，运参数定义，其中2。）为所述衬砌环中心轴线的中点，R为 所述衬砌环的内径，W为衬砌环宽度，a为轴线在XOY平面的方位角为所述隧道轴线纵 坡角；采用三维激光扫描获取所述隧道的各衬砌环G?点云数据，所述点云包括坐标和反射 率信息；根据衬砌环G在工程坐标系O-XYZ中的点云坐标，来确定衬砌环Q在XOY平面内 投影矩形□為S1CT1马内的点集if ;将点集if进行平移旋转，获得在里程坐标系〇-xyz下的 新点集￥ ;在点集考中提取在里程坐标系〇-xyz的xoy平面内投影矩形[1452C2i}2内的点 集if ,其中该投影矩形〇 4--D2中的A2B2与投影矩形□為5说A中的D 1C1共边，if沿X轴 平移衬砌环G所在里程芩获得点集6 ,点集6为衬砌环G在里程坐标系〇-xyz的里程方 向上的有序点集；之后将衬砌环G内壁点云数据经等角正切投影展开至平面，利用投影后 的点云反射率信息插值计算生成所述隧道的二维内壁影像。
2. 根据权利要求1所述的一种采用三维激光扫描反射率信息生成隧道内壁影像的方 法，其特征在于投影矩形OAACf1D1在工程坐标系O-XYZ中的坐标为：
其中，1?]为衬砌环￠1上的点云数据，R为衬砌环G内径，W为衬砌环G宽度，Cii 为衬砌环殳中心轴线在XOY平面的方位角，P ,为衬砌环G中心轴线纵坡角。
3. 根据权利要求1所述的一种采用三维激光扫描反射率信息生成隧道内壁影像的方 法，其特征在于将工程坐标系O-XYZ中的点集if坐标转换为在里程坐标系o-xyz下的点集 if，所采用的坐标转换公式为：
其中a i为衬砌环Q中心轴线在XOY平面的方位角，P i为衬砌环G中心轴线纵 坡。
4. 根据权利要求1所述的一种采用三维激光扫描反射率信息生成隧道内壁影像的方 法，其特征在于投影矩形马在里程坐标系〇-Xyz中的坐标为：
其中，R为衬砌环Q内径，W为衬砌环Q宽度，(At〗〗1石4为点集if。
5. 根据权利要求1所述的一种采用三维激光扫描反射率信息生成隧道内壁影像的方
玛为切线与zz轴之间的夹角。
6. 根据权利要求5所述的一种采用三维激光扫描反射率信息生成隧道内壁影像的方 法，其特征在于马角度取值为：SS M0°。
7. 根据权利要求1所述的一种采用三维激光扫描反射率信息生成隧道内壁影像的方 法，其特征在于所述插值计算可以采用反距离权重插值算法、线性插值算法、邻近插值算 法、自然邻居插值算法中的一种。
【文档编号】G01C7/06GK104359459SQ201410726508
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年12月4日 优先权日:2014年12月4日
【发明者】许正文, 郭春生, 侯敬宗, 付和宽 申请人:上海岩土工程勘察设计研究院有限公司