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《應(yīng)用樣條曲線擬合三維激光掃描盾構(gòu)隧道點云切片.pdf》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第1期礦山測量NO．12014年2月MINESURVEYINGFeb．2014doi：10．3969／j．issn．1001—358X．2014．01．14應(yīng)用樣條曲線擬合三維激光掃描盾構(gòu)隧道點云切片聞永俊，卜建陽(淮安交通勘察設(shè)計研究院有限公司，淮安223001)摘要：三維激光掃描技術(shù)采用散亂點云對隧道監(jiān)測，難以對數(shù)據(jù)進(jìn)行精確變形處理分析。通過圓曲線擬合隧道點云切片得到的隧道收斂半徑，雖然模型簡單但不能很好的描述隧道的局部特征，應(yīng)用三次B樣條曲線在特定局部鄰域擬合點云切片較好的解決了圓曲線局部擬合不精確，樣條
2、曲線整體擬合干擾大局部特征不明顯這些缺點。通過實驗表明，采用該方法進(jìn)行環(huán)形隧道收斂變形分析，更能真實的反應(yīng)隧道的真實變形情況，該方法對隧道變形監(jiān)測具有一定的實用價值。關(guān)鍵詞：三維激光掃描技術(shù)；三次B樣條擬合；收斂半徑；變形分析中圖分類號：TB23文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1001—358X(2014)01—0042—03傳統(tǒng)隧道監(jiān)測在隧道壁上布設(shè)多個固定觀測1．1圓曲線擬合點，以監(jiān)測隧道收斂的變化情況，其缺點是測點圓曲線擬合采用經(jīng)典最小二乘平差方法，點云的局部性和片面性，即以點代面分析的局限性和效與圓心的關(guān)系方程
3、：率較低、外業(yè)繁重等。采用三維激光掃描技術(shù)，在隧(i—o)+(Y一Y。)一尺=0(1)道內(nèi)采集海量點云數(shù)據(jù)，形成一個三維離散點隧道設(shè)平差后的圓心坐標(biāo)(，ro)和圓半徑為則模型，根據(jù)隧道變形特征理論對模型的后處理，提取rc。一舐特征線和特征點進(jìn)行計算分析，避免了傳統(tǒng)監(jiān)測得JY=Yo一8y(2)局限性。但三維激光掃描難以獲取不同期的同名LR=R0一點，無法對單個同名點的位置判斷變化趨勢，因此傳圓半徑的觀測值和改正值與近似值的關(guān)系為：統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方式不適合全局的、細(xì)節(jié)豐富的點尺i+Vr：=R0+BR(3)云數(shù)據(jù)，需
4、要新的處理方式等。羅德安等建立了觀測值的方程：三維激光影像掃描技術(shù)的整體變形監(jiān)測模型，畢俊等闡述了三維激光掃描技術(shù)在地鐵隧道收斂變形：一+R。一Ri(4)監(jiān)測的作業(yè)流程，而由于三維激光掃描技術(shù)掃描法方程為：數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，近些年在監(jiān)測方面沒有發(fā)揮出其優(yōu)J．A舭+鉚+E：¨(5)勢特點。對于提取中軸線和隧道縱向沉降變形分lCBx+BBy+F=0析，用圓曲線對點云切片進(jìn)行擬合，模型簡單，能反其中映隧道的整變形體信。對于環(huán)向收斂分析，尤其是A=[aa]B=[bb]C=[CC]收斂變徑不均勻的環(huán)片用圓曲線擬合顯然不反映局
5、E=[口z]F=[6f]D=AB—c(6)部的變形差異也不能應(yīng)用與進(jìn)一步的應(yīng)力分析。因此采用其它二次或多次曲線擬合很有必要，如多項[cti一巹6I_一巹f_．-R0式擬合、指數(shù)曲線擬合、多段三次多項式、三次B樣圓曲線擬合及其參數(shù)設(shè)置如圖1所示。條等。先前的文獻(xiàn)當(dāng)中對于點云的曲線擬合是先將1．2三次樣條曲線擬合點云全局?jǐn)M合曲面然后沿軸線方向正切曲面得到曲樣條曲線方程可寫為：線，再對曲線進(jìn)行變形分析。而本文是先切取點云然后將點云投影同一平面上再擬合曲線，這樣就避P(u)=∑^pⅣ(H)(7)免了不相關(guān)數(shù)據(jù)對擬合區(qū)域
6、的干擾。式中：P；(0，1，?，rt)是控制頂點。Ⅳ．．(“)(i=0，1，?，n)稱為k次規(guī)范曰樣條基函數(shù)，其中每一1圓曲線擬合及整體樣條曲線擬合個稱為規(guī)范曰樣條，其中42第1期礦山測量2014年2月通過表1的分析可以得出以下結(jié)論：(1)樣條曲線擬合后發(fā)現(xiàn)各四個方向上的收斂半徑不相等。(2)縱向平均半徑總要小于橫向平均半徑，且與圓曲線擬合半徑偏差方向一致。符合“扁鴨蛋”形狀。(3)2號環(huán)橫縱向平均半徑差值最大為12mm。管片拼裝規(guī)范要求是不大于±5‰D，對于該隧道即27．5mm，說明該環(huán)片豎向的變形已比較嚴(yán)重
7、但尚未超過規(guī)范要求。圖5樣條曲線擬合局部表1樣條曲線擬合半徑表診斷方法研究[D]．2007，同濟(jì)大學(xué)．3結(jié)論[4]徐進(jìn)軍，王海城，羅喻真，等．基于三維激光掃描的滑坡基于三維激光掃描儀對隧道的變形監(jiān)測在目前變形監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理[J]．巖土力學(xué)，2010(7)：2188—2191．還處于研究階段，在掃描獲取大量數(shù)據(jù)之后，無法進(jìn)[5]李秋，秦永智，李宏英．激光三維掃描技術(shù)在礦區(qū)地表行數(shù)據(jù)的處理分析，主要原因為散亂點云三維模型沉陷監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J]．煤炭工程，2006(4)：97—的精度與基準(zhǔn)問題，本文通過獲取隧道橫
8、截面在特99．定方向上局部鄰域擬合三次B樣條曲線，通過四個[6]羅德安，朱光，陸立，等．基于3維激光影像掃描技術(shù)的方向上的隧道管徑收斂，建立隧道收斂與整體變形整體變形監(jiān)測[J]．測繪通報，2005(7)．40—42．模型，得到隧道整體的變化趨勢。[7]畢俊，馮瑣，顧星嘩，等．三維激光掃描技術(shù)在地鐵隧道收斂變形監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J]．測繪科學(xué)，2008(s2)：參考文獻(xiàn)：14—15．[1
