(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210845975.9 (22)申请日 2022.07.19 (71)申请人 中铁工程装备集团有限公司 地址 450016 河南省郑州市经济技 术开发 区第六大街99号 (72)发明人 李明泽　姜礼杰　王珩　张培　 文勇亮　张洪雷　李梓良　 (74)专利代理 机构 北京三友知识产权代理有限 公司 11127 专利代理师 韩嫚嫚　赵燕力 (51)Int.Cl. G06T 17/00(2006.01) G06T 19/00(2011.01) G06T 7/60(2017.01) (54)发明名称 盾构隧道监测方法及监测系统 (57)摘要 本发明为一种盾构隧道监测方法及监测系 统， 该盾构隧道监测方法， 包括如下步骤： 获取隧 道的三维点云信息； 根据三维点云信息， 建立隧 道的三维模型； 根据隧道的三维模型， 获取隧道 的断面圆心； 根据隧道的断面圆心， 获取隧道的 实测轴线； 根据隧道的实测轴线， 获取隧道的断 面全角度的形变数据； 若形变数据超 出预设的阈 值范围， 则发送报警信息。 本发明解决了对于盾 构隧道的监测智 能化程度低、 监测精确性不佳、 适用范围窄的技 术问题。 权利要求书3页 说明书10页 附图5页 CN 115239879 A 2022.10.25 CN 115239879 A 1.一种盾构隧道监测方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 获取隧道的三维点云信息； 根据所述 三维点云信息， 建立所述隧道的三维模型； 根据所述隧道的三维模型， 获取 所述隧道的断面圆心； 根据所述隧道的断面圆心， 获取 所述隧道的实测轴线； 根据所述隧道的实测轴线， 获取 所述隧道的断面全角度的形变数据； 若所述形变数据超出 预设的阈值范围， 则发送报警信息 。 2.如权利要求1所述的盾构隧道监测方法， 其特征在于， 所述建立所述隧道的三维模型 之后， 通过所述隧道的三维模型与预设的隧道路径进行对比， 以判断实测的所述隧道是否 符合预设要求。 3.如权利要求1所述的盾构隧道监测方法， 其特征在于， 控制行进装置在所述隧道内沿 掘进方向行进， 并通过所述行进装置上设置的激光传感器实时采集所述隧道的三 维点云信 息， 以建立所述隧道的三维模型。 4.如权利要求3所述的盾构隧道监测方法， 其特征在于， 所述获取隧道的三维点云信 息 包括： 建立以激光传感器为原点的三维坐标系； 采集被测物体与所述激光传感器之间的距离数据， 以及所述激光传感器所发射光束在 所述三维坐标系内的发射角度数据； 获得所述被测物体的表面各个监测点在所述 三维坐标系内的坐标。 5.如权利要求4所述的盾构隧道监测方法， 其特征在于， 所述被测物体的表面各个监测 点在所述 三维坐标系内的坐标P(X， Y， Z)为： X＝S cosθ·sinα； Y＝S cosθ·cosα； Z＝S sinθ； 其中， S为被测物体与所述激光传感器之间的距离， θ为被测物体上的三维空间点与XOY 二维坐标系之 间的夹角， α 为被测物体上的三 维空间点与 原点的连线映射至XOY二 维坐标系 中并与X轴的夹角。 6.如权利要求3所述的盾构隧道监测方法， 其特征在于， 所述根据所述三维点云信息， 建立所述隧道的三维模型包括： 对所述激光传感器采集到的多组激光数据进行拼接配准， 以建立所述隧道整体的信息模型。 7.如权利要求6所述的盾构隧道监测方法， 其特征在于， 将采集到的任意相邻 两组所述 激光数据在所述 三维坐标系内的点P和X进行配对， 对应关系式为： Pi＝R·Xi+T； 其中， R为旋转变换矩阵(其是两个点在角度上的旋转量)， T为平移矩阵(其是两个点在 平面上的平 移量)； 则迭代推导出所述激光传感器采集到的所述隧道整体的信 息模型中的各个点， 满足公 式： Pk+1＝Rk·P0+Tk； 其中， P0为矩阵的迭代初始值。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115239879 A 28.如权利要求5所述的盾构隧道监测方法， 其特征在于， 所述根据所述隧道的三维模 型， 获取所述隧道的断面圆心包括： 根据预先设定的隧道轴线等间距地 提取多组所述隧道的断面数据； 对所述隧道的断面数据进行去噪处 理； 获得所述隧道的数 学模型； 对断面数据进行拟合， 得到断面圆心数据。 9.如权利要求8所述的盾构隧道监测方法， 其特征在于， 由于所述隧道呈圆柱状， 所述 隧道的数 学模型可采用圆柱体数 学模型公式： 其中， (x0， y0， z0)为三维坐标系中圆柱体的轴线上的点， r为圆柱体的半径， (l， m， n)为 三维坐标系中圆柱体的轴线的方向 向量。 10.如权利要求8所述的盾构隧道监测方法， 其特征在于， 由于所述隧道的断面呈矩形， 所述隧道的数 学模型可采用长方体数 学模型公式： 其中， (x0， y0， z0)为三维坐标系长方体的轴线上的点， p、 q分别为长方体的长和宽， (l， m， n)为三维坐标系中长方体的轴线的方向 向量。 11.如权利要求8所述的盾构隧道监测方法， 其特征在于， 所述根据所述隧道的断面圆 心， 获取所述隧道的实测轴线包括： 对多组所述断面圆心数据进行插值拟合， 获得轴线数据； 对所述轴线数据进行迭代优化， 获得 所述隧道的实测轴线。 12.如权利要求8所述的盾构隧道监测方法， 其特征在于， 所述根据所述隧道的实测轴 线， 获取所述隧道的断面全角度的形变数据包括： 将所述激光传感器采集到的点云数据展开， 以生成反射 率影像； 根据所述反射 率影像， 获得几何权 重图； 提取几何权重图在XOY二维坐标系中的边界线， 通过三维坐标系中点云数据在XOY二维 坐标系中边界点的映射对隧道点云数据的分割， 以对每一环以及每一环中各块管片进 行单 独拟合； 获取所述隧道的断面全角度的形变数据。 13.如权利要求3所述的盾构隧道监测方法， 其特征在于， 所述盾构隧道监测方法还包 括在建立所述隧道的三维模型过程中， 通过激光传感器和里程计对所述行进装置在所述隧 道内的位置进行定位， 并建立所述行进装置在所述隧道内的行驶路线。 14.如权利要求13所述的盾构隧道监测方法， 其特征在于， 所述盾构隧道监测方法还包 括在建立所述隧道的三维模型过程中， 通过视觉传感器采集所述隧道内的图像信息， 并通 过预设的学习模块对所述图像信息进 行分析处理， 以确定所述隧道内的故障设备以及所发 生的故障种类。 15.如权利要求14所述的盾构隧道监测方法， 其特征在于， 通过所述激光传感器和所述 里程计配合定位， 以确定所述隧道内的故障设备的位置， 并显示于所述 三维模型中。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115239879 A 3