一种隧道初支平整度分析方法及系统与流程

本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种隧道初支平整度分析方法及系统。

背景技术

隧道初支平整度是隧道混凝土施工质量检测和验收的重要指标之一。如果隧道初支平整度不合格，会影响防水板施工质量，造成二衬背后脱空，二衬背后脱空将显著改变结构的受力状态，增大二次衬砌结构受拉破坏的可能性，不利于衬砌结构继续承载。

传统的检测方法采用长靠尺、楔形塞尺、测距仪、白炽灯、全站仪、红外水平检测仪等进行抽样检测，对于无法测量的地方采用目测。选取多个待测量平面，采用靠尺抽样测量建筑物表面平整度，通过不合格点的比率确认建筑物表面平整度是否合格。此种方式工作量大(尤其隧道断面高处的测量一直比较困难)，抽样数量有限，作业过程繁琐、检测效率低，测量精度差，选择检测部位的主观性比较大，可能漏掉平整度不合格的区域，无法实现混凝土表面平整度的全面检测，现场检测数据采用纸质记录，容易丢失并且预警处置比较滞后，难以为后面修补表面平整度不符合标准的区域提供准确的依据。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种隧道初支平整度分析方法及系统。

第一方面，本发明实施例提供一种隧道初支平整度分析方法，所述方法包括：

软件平台获取隧道初期支护完成之后，三维激光扫描仪扫描得到的待检测隧道区间的三维点云数据；

所述软件平台将所述隧道区间的三维点云数据与所述隧道区间的施工坐标数据进行匹配，得到匹配之后的三维点云数据；

所述软件平台根据所述匹配之后的三维点云数据，计算所述隧道区间的平整度；

所述软件平台将所述隧道区间的平整度发送到服务端，使得所述服务端根据所述隧道区间的平整度与预设的平整度阈值，确定是否发出预警信息。

第二方面，本发明实施例提供一种隧道初支平整度分析系统，所述系统包括：

软件平台、服务端和三维激光扫描仪，其中，所述软件平台包括：

获取模块，用于获取隧道初期支护完成之后，三维激光扫描仪扫描得到的待检测隧道区间的三维点云数据；

匹配模块，用于将所述隧道区间的三维点云数据与所述隧道区间的施工坐标数据进行匹配，得到匹配之后的三维点云数据；

计算模块，用于根据所述匹配之后的三维点云数据，计算所述隧道区间的平整度；

发送模块，用于将所述隧道区间的平整度发送到服务端，使得所述服务端根据所述隧道区间的平整度与预设的平整度阈值，确定是否发出预警信息。

本发明实施例提供的隧道初支平整度的分析方法及系统，通过软件平台获取隧道初期支护完成之后，三维激光扫描仪扫描得到的待检测隧道区间的三维点云数据，软件平台将隧道区间的三维点云数据与隧道区间的施工坐标数据进行匹配，得到匹配之后的三维点云数据；软件平台根据所述匹配之后的三维点云数据，计算隧道区间的平整度，软件平台将隧道区间的平整度发送到服务端，使得服务端根据隧道区间的平整度与预设的平整度阈值，确定是否发出预警信息。该方法和系统具有操作简单、方便、实用、采集和分析效率高、计算结果精度高等优点，能够为隧道初支平整度的验收和后续的施工提供准确的数据支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的隧道初支平整度分析方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的隧道初支平整度分析系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例提供的隧道初支平整度分析方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：

步骤10、软件平台获取隧道初期支护完成之后，三维激光扫描仪扫描得到的待检测隧道区间的三维点云数据；

步骤11、所述软件平台将所述隧道区间的三维点云数据与所述隧道区间的施工坐标数据进行匹配，得到匹配之后的三维点云数据；

步骤12、所述软件平台根据所述匹配之后的三维点云数据，计算所述隧道区间的平整度；

步骤13、所述软件平台将所述隧道区间的平整度发送到服务端，使得所述服务端根据所述隧道区间的平整度与预设的平整度阈值，确定是否发出预警信息。

具体地，本发明实施例中的隧道可以包括：交通隧道、水工隧道、市政隧道和矿山隧道等。软件平台可以获取隧道初期支护完成后，待检测隧道区间的三维点云数据，该隧道区间的三维点云数据可以采用三维激光扫描仪扫描获得。

三维激光扫描仪可以被架设在施工隧道内，根据扫描要求设置扫描的相关参数，比如，扫描分辨率和扫描角度等，并设置标靶球，采用全站仪测量标靶中心坐标，用来配准三维点云，使得三维点云坐标和线路坐标系统一致，为了得到高精度的三维点云数据，可以设置多个测站进行扫描，设下一测站时要求三维激光扫描仪可以看到上一测站的至少两个标靶，三维激光扫描仪最终扫描得到的三维点云数据可以保存在内存卡中存储。

软件平台可以利用标靶的中心坐标，将获取到的三维点云数据与该隧道区间的施工坐标数据进行匹配，使得三维点云坐标和该隧道区间的施工线路坐标一致，得到的匹配之后的三维点云数据。其中，该隧道区间的施工坐标数据可以从该隧道区间的设计线路数据中获取，设计线路数据可以包括平曲线、纵曲线和断面。

最后，软件平台可以根据匹配之后的三维点云数据，计算该隧道区间的平整度。比如，软件平台可以调用平整度分析软件，利用匹配之后的三维点云数据，计算该隧道区间的平整度。软件平台可以将平整度计算结果发送到服务端，服务端可以获取预设的平整度阈值，然后，将待检测隧道区间的平整度与平整度阈值进行大小比较，根据比较结果，确定是否需要发送预警信息。

本发明实施例提供的隧道初支平整度的分析方法，通过软件平台获取隧道初期支护完成之后，三维激光扫描仪扫描得到的待检测隧道区间的三维点云数据，将隧道区间的三维点云数据与隧道区间的施工坐标数据进行匹配，得到匹配之后的三维点云数据，根据所述匹配之后的三维点云数据，计算隧道区间的平整度，软件平台将隧道区间的平整度发送到服务端，使得服务端根据隧道区间的平整度与预设的平整度阈值，确定是否发出预警信息。该方法具有操作简单、方便、实用、采集和分析效率高、计算结果精度高等优点，能够为隧道初支平整度的验收和后续的施工提供准确的数据支撑。

可选的，在上述实施例的基础上，所述根据所述隧道区间的平整度与预设的平整度阈值，确定是否发出预警信息，包括：

若所述服务端经判断获知，所述隧道区间的平整度大于所述预设的平整度阈值，则向相关工作人员的终端发出预警信息。

具体地，如果，服务端经过比较之后获知，待检测隧道区间的平整度大于预设的隧道平整度阈值，则服务端会自动对该条结果进行提醒，并将超限信息实时发送到相关责任人的终端进行处置，并重新进行分析直到验收合格完成本段初支平整度的验收。

服务端可以将平整度值与预设的平整度阈值进行比较，当本次采集的三维点云数据中有一组平整度大于预设的平整度阈值时，服务端可以自动将本组分析结果发送到相关责任人，以便能够及时对问题进行处置，处置完成后重新采集三维点云数据进行分析和结果上传，最终实现待检测隧道区间的初期支护平整度的验收合格。

本发明实施例提供的隧道初支平整度的分析方法，通过三维激光扫描仪实时采集隧道内初期支护完成后的三维点云数据，并导入平整度分析软件中进行分析处理，计算该隧道区间的平整度，将计算得到的平整度与预设的平整度阈值进行比较，如果超限，则发送预警信息，以便于相关责任人进行处置和闭环。该方法能够实现从数据采集、数据分析到预警发布的一整套隧道初期支护平整度的检测流程，有利于施工单位根据警报信息的判识及时采取相对措施，加强了隧道初支平整度的管理，保证了后续工程实施质量和安全。

可选的，在上述实施例的基础上，所述方法还包括：

所述软件平台将与所述隧道区间的平整度相关的平整度信息发送到所述服务端；其中，所述平整度信息包括：所述隧道区间的平整度最大值、平整度最大值处的施工坐标、平整度最大值处的断面里程和平整度最大值处的高程；

所述服务端对所述平整度信息进行展示。

具体地，软件平台按照上述实施例中所述的方法计算出待检测隧道区间内的平整度之后，可以把计算结果发送到服务端，同时还可以将与平整度相关的平整度信息发送到服务端。

其中，平整度信息可以包括：待检测隧道区间的平整度最大值、平整度最大值处的施工坐标、平整度最大值处的断面里程和平整度最大值处的高程。此外，还可以包括标段、项目、工点信息，同时补充填写围岩等级和本次分析的里程范围。服务端接收到上述平整度信息之后，可以对其展示，以便相关负责人员可以根据该预警信息进行及时处置问题并进行闭环管理。

本发明实施例提供的隧道初支平整度的分析方法，通过软件平台将与隧道区间的平整度相关的平整度信息发送到服务端，服务端对平整度信息进行展示，可以便相关负责人员可以根据该预警信息进行及时处置问题并进行闭环管理，使得所述方法更加科学。

可选的，在上述实施例的基础上，所述根据所述匹配之后的三维点云数据，计算所述隧道区间的平整度，包括：

根据所述匹配之后的三维点云数据，得到所述隧道区间沿隧道线路延伸方向的实际施工轮廓线；

获取所述隧道区间的设计施工轮廓线；

根据所述实际施工轮廓线和所述设计施工轮廓线，获取所述隧道区间内起伏最大位置处的塞尺读数；

根据所述塞尺读数和预设的长量尺的值，计算所述隧道区间的平整度。

具体地，软件平台根据待检测隧道区间匹配之后的三维点云数据，计算隧道区间的平整度的过程，具体如下。

首先，软件平台可以根据待检测隧道区间的匹配之后的三维点云数据，得到该隧道区间沿隧道线路延伸方向的实际施工轮廓线，然后，服务端可以获取该隧道区间的设计施工轮廓线，将该隧道区间的实际施工轮廓线和设计施工轮廓线进行比较，找到该隧道区间内起伏最大的位置。

然后，软件平台可以获取该起伏最大位置处的塞尺读数，将该位置处的塞尺读数记为：d。最后，根据平整度计算公式：k＝d/l，计算该隧道区间的平整度。其中，k表示平整度，可以表示该隧道区间内的平整度的最大值，l为预设的长量尺。l的值可以根据实际需要进行具体设定，比如可以设定为0.5米或10米。

为了控制测量密度，可以将隧道横断面方向进行切分，测量组数沿隧道横断面的分布密度为断面切向尺长的一半。为了控制隧道方向检测精度，同时考虑计算机运行效率，可以沿隧道线路方向，每隔10厘米做一次测量，如果量尺中间没有超过量尺的点，也就是说量尺可以放平稳，找到中间和量尺间距最大的点，计算该点的平整度。

本发明实施例提供的隧道初支平整度的分析方法，通过根据匹配之后的三维点云数据，得到隧道区间沿隧道线路延伸方向的实际施工轮廓线，获取隧道区间的设计施工轮廓线，根据实际施工轮廓线和设计施工轮廓线，获取隧道区间内起伏最大位置处的塞尺读数，根据塞尺读数和预设的长量尺的值，计算隧道区间的平整度，这使得所述方法更加科学。

可选地，在上述实施例的基础上，还包括：所述软件平台将所述平整度信息发送到所述服务端之前，对所述平整度信息进行加密；

所述服务端还用于对所述平整度信息、所述三维点云数据以及所述预警信息进行保存，以用于指导后续的施工工作。

具体地，软件平台在向服务端发送平整度计算结果和平整度信息之前，可以进行加密，加密的方法有很多，本发明实施例可采用对称加密和非对称加密相结合的方法来对隧道初期支护的平整度数据的上传和下载进行加密。

服务端还可以将接收到的平整度信息、三维点云数据以及预警信息进行保存，以便监管人员进行查看，用于指导后续的施工工作。

本发明实施例提供的隧道初支平整度的分析方法，通过软件平台将平整度信息发送到服务端之前，对平整度信息进行加密，服务端对平整度信息、三维点云数据以及预警信息进行保存，以用于指导后续的施工工作，这使得所述方法更加科学。

图2是本发明实施例提供的隧道初支平整度分析系统的结构示意图，如图2所示，所述系统包括：软件平台1、三维激光扫描仪2和服务端3。其中，软件平台1包括：获取模块11、匹配模块12、计算模块13和发送模块14，其中：

获取模块11用于获取隧道初期支护完成之后，三维激光扫描仪扫描得到的待检测隧道区间的三维点云数据；匹配模块12用于将所述隧道区间的三维点云数据与所述隧道区间的施工坐标数据进行匹配，得到匹配之后的三维点云数据；计算模块13用于根据所述匹配之后的三维点云数据，计算所述隧道区间的平整度。发送模块14用于将所述隧道区间的平整度发送到服务端，使得所述服务端根据所述隧道区间的平整度与预设的平整度阈值，确定是否发出预警信息。

具体地，本发明实施例提供的隧道初支平整度分析系统可以包括：软件平台1、三维激光扫描仪2和服务端3。其中，软件平台1可以包括：获取模块11、匹配模块12、计算模块13和发送模块14。

本发明实施例中的隧道可以包括：交通隧道、水工隧道、市政隧道和矿山隧道等。获取模块11可以获取隧道初期支护完成后，待检测隧道区间的三维点云数据，该隧道区间的三维点云数据可以采用三维激光扫描仪2扫描获得。

三维激光扫描仪2可以被架设在施工隧道内，根据扫描要求设置扫描的相关参数，比如，扫描分辨率和扫描角度等，并设置标靶球，采用全站仪测量标靶中心坐标，用来配准三维点云，使得三维点云坐标和线路坐标系统一致，为了得到高精度的三维点云数据，可以设置多个测站进行扫描，设下一测站时要求三维激光扫描仪2可以看到上一测站的至少两个标靶，三维激光扫描仪2最终扫描得到的三维点云数据可以保存在内存卡中存储。

匹配模块12可以利用标靶的中心坐标，将获取到的三维点云数据与该隧道区间的施工坐标数据进行匹配，使得三维点云坐标和该隧道区间的施工线路坐标一致，得到的匹配之后的三维点云数据。其中，该隧道区间的施工坐标数据可以从该隧道区间的设计线路数据中获取，设计线路数据可以包括平曲线、纵曲线和断面。

计算模块13可以根据匹配之后的三维点云数据，计算该隧道区间的平整度。比如，计算模13可以调用平整度分析软件，利用匹配之后的三维点云数据，计算该隧道区间的平整度。发送模块14可以将平整度计算结果发送到服务端3，服务端3可以获取预设的平整度阈值，然后，将待检测隧道区间的平整度与平整度阈值进行大小比较，根据比较结果，确定是否需要发送预警信息。

本发明实施例提供的隧道初支平整度分析系统，其功能具体参照上述方法实施例，此处不再赘述。

本发明实施例提供的隧道初支平整度的分析系统，通过软件平台获取隧道初期支护完成之后，三维激光扫描仪扫描得到的待检测隧道区间的三维点云数据，将隧道区间的三维点云数据与隧道区间的施工坐标数据进行匹配，得到匹配之后的三维点云数据，根据所述匹配之后的三维点云数据，计算隧道区间的平整度，软件平台将隧道区间的平整度发送到服务端，使得服务端根据隧道区间的平整度与预设的平整度阈值，确定是否发出预警信息。该系统具有操作简单、方便、实用、采集和分析效率高、计算结果精度高等优点，能够为隧道初支平整度的验收和后续的施工提供准确的数据支撑。

可选的，在上述实施例的基础上，所述服务端包括：

预警模块，用于若经判断获知，所述隧道区间的平整度大于所述预设的平整度阈值，则向相关工作人员的终端发出预警信息。

具体地，上述实施例中所述的服务端可以包括预警模块。如果预警模块经过比较之后获知，待检测隧道区间的平整度大于预设的平整度阈值，则预警模块会自动对该条结果进行提醒，并将超限信息实时发送到相关责任人的终端进行处置，并重新进行分析直到验收合格完成本段初支平整度的验收。

预警模块可以将平整度值与预设的平整度阈值进行比较，当本次采集的三维点云数据中有一组平整度大于预设的平整度阈值时，预警模块可以自动将本组分析结果发送到相关责任人，以便能够及时对问题进行处置，处置完成后重新采集三维点云数据进行分析和结果上传，最终实现待检测隧道区间的初期支护平整度的验收合格。

本发明实施例提供的隧道初支平整度的分析系统，通过三维激光扫描仪实时采集隧道内初期支护完成后的三维点云数据，并导入平整度分析软件中进行分析处理，计算该隧道区间的平整度，将计算得到的平整度与预设的平整度阈值进行比较，如果超限，则发送预警信息，以便于相关责任人进行处置和闭环。该系统能够实现从数据采集、数据分析到预警发布的一整套隧道初期支护平整度的检测流程，有利于施工单位根据警报信息的判识及时采取相对措施，加强了隧道初支平整度的管理，保证了后续工程实施质量和安全。

可选的，在上述实施例的基础上，所述服务端包括：预警模块和显示模块，所述软件平台的发送模块还用于：将与所述隧道区间的平整度相关的平整度信息发送到所述显示模块；其中，所述平整度信息包括：所述隧道区间的平整度最大值、平整度最大值处的施工坐标、平整度最大值处的断面里程和平整度最大值处的高程；所述显示模块用于对所述平整度信息进行展示。

具体地，服务端可以包括预警模块和显示模块，其中，预警模块已在上述实施例中详细描述，此处不再赘述。

软件平台的发送模块可以把待检测隧道区间内的平整度的计算结果发送到服务端的预警模块，同时还可以将与平整度相关的平整度信息发送到服务端的显示模块。

其中，平整度信息可以包括：待检测隧道区间的平整度最大值、平整度最大值处的施工坐标、平整度最大值处的断面里程和平整度最大值处的高程。此外，还可以包括标段、项目、工点信息，同时补充填写围岩等级和本次分析的里程范围。服务端的显示模块接收到上述平整度信息之后，可以对其展示，以便相关负责人员可以根据该预警信息进行及时处置问题并进行闭环管理。

本发明实施例提供的隧道初支平整度的分析系统，通过软件平台将与隧道区间的平整度相关的平整度信息发送到服务端，服务端对平整度信息进行展示，可以便相关负责人员可以根据该预警信息进行及时处置问题并进行闭环管理，使得所述系统更加科学。

可选地，在上述实施例的基础上，所述计算模块包括：第一计算子模块、第一获取子模块、第二获取子模块和第二计算子模块，其中：

第一计算子模块用于根据所述匹配之后的三维点云数据，得到所述隧道区间沿隧道线路延伸方向的实际施工轮廓线；第一获取子模块用于获取所述隧道区间的设计施工轮廓线；第二获取子模块用于根据所述实际施工轮廓线和所述设计施工轮廓线，获取所述隧道区间内起伏最大位置处的塞尺读数；第二计算子模块用于根据所述塞尺读数和预设的长量尺的值，计算所述隧道区间的平整度。

具体地，上述实施例中所述的计算模块可以包括：第一计算子模块、第一获取子模块、第二获取子模块和第二计算子模块。

第一计算子模块可以根据待检测隧道区间的匹配之后的三维点云数据，得到该隧道区间沿隧道线路延伸方向的实际施工轮廓线，第一获取子模块可以获取该隧道区间的设计施工轮廓线，第二获取子模块可以将该隧道区间的实际施工轮廓线和设计施工轮廓线进行比较，找到该隧道区间内起伏最大的位置。

第二获取子模块可以获取该起伏最大位置处的塞尺读数，将该位置处的塞尺读数记为：d。第二计算子模块可以根据平整度计算公式：k＝d/l，计算该隧道区间的平整度。其中，k表示平整度，可以表示该隧道区间内的平整度的最大值，l为预设的长量尺。l的值可以根据实际需要进行具体设定，比如可以设定为0.5米或10米。

为了控制测量密度，可以将隧道横断面方向进行切分，测量组数沿隧道横断面的分布密度为断面切向尺长的一半。为了控制隧道方向检测精度，同时考虑计算机运行效率，可以沿隧道线路方向，每隔10厘米做一次测量，如果量尺中间没有超过量尺的点，也就是说量尺可以放平稳，找到中间和量尺间距最大的点，计算该点的平整度。

本发明实施例提供的隧道初支平整度的分析系统，通过根据匹配之后的三维点云数据，得到隧道区间沿隧道线路延伸方向的实际施工轮廓线，获取隧道区间的设计施工轮廓线，根据实际施工轮廓线和设计施工轮廓线，获取隧道区间内起伏最大位置处的塞尺读数，根据塞尺读数和预设的长量尺的值，计算隧道区间的平整度，这使得所述系统更加科学。

可选地，在上述实施例的基础上，所述软件平台包括：获取模块、匹配模块、计算模块、发送模块和加密模块，其中，所述加密模块用于对所述平整度信息进行加密；

服务端包括：预警模块、显示模块和保存模块，所述保存模块用于对所述平整度信息、所述三维点云数据以及所述预警信息进行保存，以用于指导后续的施工工作。

具体地，本发明实施例提供的软件平台可以包括：获取模块、匹配模块、计算模块、发送模块和加密模块，其中，所述获取模块、匹配模块、所述计算模块和所述发送模块，已在上述实施例中详细阐述，此处不再赘述。

加密模块可以在发送模块向服务端发送平整度计算结果和平整度信息之前，进行加密，加密的方法有很多，本发明实施例可采用对称加密和非对称加密相结合的方法来对隧道初期支护的平整度数据的上传和下载进行加密。

服务端可以包括：预警模块、显示模块和保存模块，其中，所述预警模块和所述显示模块已在上述实施例中详细阐述，此处不再赘述。保存模块可以将接收到的平整度信息、三维点云数据以及预警信息进行保存，以便监管人员进行查看，用于指导后续的施工工作。

本发明实施例提供的隧道初支平整度的分析系统，通过软件平台将平整度信息发送到服务端之前，对平整度信息进行加密，服务端对平整度信息、三维点云数据以及预警信息进行保存，以用于指导后续的施工工作，这使得所述系统更加科学。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。