一种盾构隧道中轴线自拟合方法、系统、计算机及存储介质与流程

本申请涉及隧道施工，特别是涉及一种盾构隧道中轴线拟合方法、系统、计算机及存储介质。

背景技术：

1、隧道作为城市中的一种重要的交通设施，由于受到周围土体的挤压、地上物体及地质运动的影响，存在一定程度的形变。

2、在隧道施工验收或运维过程中对隧道的形变分析是隧道交通安全运营的重要保证，形变分析一般是基于隧道断面(横断面)进行，为准确识别隧道横断面，通常会利用隧道轴线设计信息进行坐标反算，取得空间中所有点对应的里程信息、断面水平偏移、竖直偏移。

3、但在验收或运维期，可能因为施工的调整、管片的变形等多种因素导致轴线设计信息与实际点云测量数据不一致，甚至完全无法找到准确的原始设计信息，难以得到与现场实际情况最接近的轴线，导致后续的隧道形变分析难以及进行。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种盾构隧道中轴线拟合方法、系统、计算机及存储介质，以解决现有技术中因轴线设计信息与实际点云测量数据不一致，难以获取与现场实际情况最接近的隧道中轴线，无法准确进行后续隧道形变分析的技术问题。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种盾构隧道中轴线拟合方法，包括以下步骤：

3、获取隧道的三维点云数据，以形成点云文件；

4、通过点云空间坐标的中位数评估所述点云文件，以获取所述点云文件的中心点集合；

5、拟合所述中心点集合，以获取拟合直线段；

6、通过所述拟合直线段将所述中心点集合分隔为左侧点集及右侧点集，分别拟合所述左侧点集及所述右侧点集，以获取初始中轴线；

7、对所述初始中轴线进行尖点过滤及轴线修复，以获取最终中轴线。

8、进一步地，所述通过点云空间坐标的中位数评估所述点云文件，以获取所述点云文件的中心点集合的步骤包括：

9、使用指定步长对所述点云文件沿x轴进行切片，以形成若干个点云切片；

10、获取所述点云切片中所有点的中心点pci的坐标：

11、pci(xci，yci，zci)＝(median({x1，…，xk})，median({y1，…，yk})，

12、median({z1，…，zk}))；

13、其中，xci、yci、zci分别为中心点的横、纵、竖坐标，x1，…，xk为点云切片内所有点的横坐标，y1，…，yk为点云切片内所有点的纵坐标，z1，…，zk为点云切片内所有点的竖坐标，median为计算机函数；

14、将若干个所述点云切片的中心点聚合为所述点云文件的中心点集合。

15、进一步地，所述拟合所述中心点集合，以获取拟合直线段的步骤包括：

16、从所述中心点集合中选择最小样本数，以形成若干个记录样本集s1；

17、计算所述中心点集合中其他任意的数据点q到所述记录样本集s1的距离dist；

18、判断所述距离dist是否超限，以将所述数据点q区隔为内点及外点；

19、将所述内点最多的所述记录样本集s1判定为拟合直线段。

20、进一步地，所述最小样本数为2，所述记录样本集s1＝[pca,pcb],其中pca、pcb为中心点集合中相邻的两个中心点。

21、进一步地，所述计算所述中心点集合中其他任意的数据点q到所述记录样本集s1的距离dist的步骤具体包括：

22、获取所述记录样本集s1的第一方向向量；

23、获取所述中心点集合中其他任意的数据点q到所述记录样本集s1的第二方向向量；

24、通过所述第一方向向量及所述第二方向向量按照以下公式计算出所述数据点q到所述记录样本集s1的距离dist：

25、

26、其中为第一方向向量，为第二方向向量。

27、进一步地，所述分别拟合所述左侧点集及所述右侧点集，以获取初始中轴线的步骤包括：

28、将所述左侧点集拟合为左拟合线段，并将所述右侧点集拟合为右拟合线段；

29、拼接所述左拟合线段、所述拟合直线段及所述右拟合线段，以形成所述初始中轴线。

30、进一步地，所述对所述初始中轴线进行尖点过滤及轴线修复，以获取最终中轴线的步骤包括：

31、将所述初始中轴线沿x轴方向进行切片，以形成若干个线段组合；

32、将若干个所述线段组合的方向向量于坐标轴上建立偏导图；

33、通过所述偏导图修正所述方向向量的突变，以完成所述尖点过滤；

34、通过于所述偏导图的前向、后向交替进行所述尖点过滤，以完成所述轴线修复，并获取最终中轴线。

35、第二方面，本申请实施例提供了一种盾构隧道中轴线拟合系统，应用于上述盾构隧道中轴线拟合方法，所述系统包括：

36、读取模块，用于获取隧道的三维点云数据，以形成点云文件；

37、获取模块，用于通过点云空间坐标的中位数评估所述点云文件，以获取所述点云文件的中心点集合；

38、第一拟合模块，用于拟合所述中心点集合，以获取拟合直线段；

39、第二拟合模块，用于通过所述拟合直线段将所述中心点集合分隔为左侧点集及右侧点集，分别拟合所述左侧点集及所述右侧点集，以获取初始中轴线；

40、修复模块，用于对所述初始中轴线进行尖点过滤及轴线修复，以为获取最终中轴线。

41、第三方面，本申请实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的盾构隧道中轴线拟合方法。

42、第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的盾构隧道中轴线拟合方法。

43、相比于相关技术，本发明的有益效果在于：在完成隧道现场的三维点云数据获取后，获取所述点云文件的中心点集合，以完成隧道的中轴线的中心点粗估，通过将所述中心点集合进行拟合，可初步完成中轴线的拟合，形成所述拟合直线段，并将所述中心点集合分隔后再次拟合，以所述拟合直线段出发，不断向两端扩展的方式完成整条中轴线的拟合，即可自动化、智能化的得到与现场实际情况较为接近的中轴线，于验收或运维期间，为隧道形变分析提供了有利的分析依据。而通过进行所述尖点过滤及所述轴线修复，可去除噪声对中轴线建立的干扰，进一步提高中轴线与现实情况的贴合率，使后续的分析精度更高。

44、本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

技术特征：

1.一种盾构隧道中轴线拟合方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的盾构隧道中轴线拟合方法，其特征在于，所述通过点云空间坐标的中位数评估所述点云文件，以获取所述点云文件的中心点集合的步骤包括：

3.根据权利要求1所述的盾构隧道中轴线拟合方法，其特征在于，所述拟合所述中心点集合，以获取拟合直线段的步骤包括：

4.根据权利要求3所述的盾构隧道中轴线拟合方法，其特征在于，所述最小样本数为2，所述记录样本集s1＝[pca,pcb],其中pca、pcb为中心点集合中相邻的两个中心点。

5.根据权利要求3所述的盾构隧道中轴线拟合方法，其特征在于，所述计算所述中心点集合中其他任意的数据点q到所述记录样本集s1的距离dist的步骤具体包括：

6.根据权利要求3所述的盾构隧道中轴线拟合方法，其特征在于，所述分别拟合所述左侧点集及所述右侧点集，以获取初始中轴线的步骤包括：

7.根据权利要求1所述的盾构隧道中轴线拟合方法，其特征在于，所述对所述初始中轴线进行尖点过滤及轴线修复，以获取最终中轴线的步骤包括：

8.一种盾构隧道中轴线拟合系统，应用于所述盾构隧道中轴线拟合方法，其特征在于，所述系统包括：

9.一种计算机，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述的盾构隧道中轴线拟合方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的盾构隧道中轴线拟合方法。

技术总结
本发明提供一种盾构隧道中轴线拟合方法、系统、计算机及存储介质，盾构隧道中轴线拟合方法包括以下步骤：获取隧道的三维点云数据，以形成点云文件；通过点云空间坐标的中位数评估点云文件，以获取点云文件的中心点集合；拟合中心点集合，以获取拟合直线段；通过拟合直线段将中心点集合分隔为左侧点集及右侧点集，分别拟合左侧点集及右侧点集，以获取初始中轴线；对初始中轴线进行尖点过滤及轴线修复，以获取最终中轴线。通过上述步骤可得到与现场实际情况较为接近的中轴线，为隧道形变分析提供了有利的分析依据。而通过进行尖点过滤及轴线修复，可去除噪声对中轴线建立的干扰，进一步提高中轴线与现实情况的贴合率，使后续的分析精度更高。

技术研发人员：李郴,章新生,曹少华,李强,周大林,孙永星
受保护的技术使用者：中铁四局集团第五工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11