本發(fā)明涉及隧道工程建設(shè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于激光測距和傾角的高精度隧道沉降測量和建模方法。

背景技術(shù)：

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化規(guī)模逐漸增大，地下空間的開發(fā)與利用已成為城市建設(shè)的一個(gè)重要方向。城市內(nèi)不但有密集的地表建筑物，也存在各型地下構(gòu)筑物，如地下管線、隧道、地鐵車站以及綜合管廊等。在我國城市地下空間開發(fā)的背景下，地下工程施工不可避免地產(chǎn)生沉降問題，隧道開挖施工過程中，需要對(duì)隧道周壁進(jìn)行測量監(jiān)控，及早發(fā)現(xiàn)可能存在的安全隱患，防止隧道出現(xiàn)形變、裂縫、漏水、塌方等安全事故。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，主要是利用測繪器材全站儀進(jìn)行人工監(jiān)測，但是利用全站儀監(jiān)測存在一些問題：需要人工監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度與測量人員的技術(shù)水平有關(guān)；全站儀反射點(diǎn)需要布置反射棱鏡，監(jiān)測點(diǎn)間隔大；每次測試耗時(shí)較長，需要預(yù)留較多時(shí)間；測試時(shí)間受施工窗口限制，停工監(jiān)測，無法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。

3、因此，可以看出，對(duì)隧道開挖建設(shè)過程中，需要根據(jù)建設(shè)進(jìn)度的向前推進(jìn)，能夠不斷對(duì)前向開挖的區(qū)域進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，并且要能夠適應(yīng)這種工程建設(shè)的進(jìn)度，監(jiān)測區(qū)域范圍要可以擴(kuò)大調(diào)整，監(jiān)測的準(zhǔn)確度要高，以及監(jiān)測的時(shí)效性要強(qiáng)等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本技術(shù)提供的一種一種基于激光測距和傾角的高精度隧道沉降測量和建模方法，包括以下步驟：

2、步驟1：測繪獲得平面t內(nèi)各激光測距儀和靶標(biāo)的初始位置的坐標(biāo)，平面t為隧道內(nèi)沿隧道縱長方向延伸且垂直水平面的平面，若干個(gè)靶標(biāo)在平面t內(nèi)沿隧道縱長方向的交替起伏的二維折線上間隔開布置，布置所述靶標(biāo)的二維折線的波峰下方和波谷上方布置有等高的激光測距儀，所述激光測距儀安裝在電動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤上且旋轉(zhuǎn)面與平面t平行，所有電動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤均通過伸縮桿連接隧道同一側(cè)的直邊墻，所有伸縮桿均能使激光測距儀移動(dòng)到平面t內(nèi)；

3、步驟2：一個(gè)測量周期內(nèi)，一個(gè)激光測距儀作為測量激光測距儀，其他激光測距儀作為被測激光測距儀；旋轉(zhuǎn)測量激光測距儀掃描平面t內(nèi)的被測激光測距儀和靶標(biāo)后記錄測量數(shù)據(jù)，其中，測量數(shù)據(jù)包括測量激光測距儀與靶標(biāo)的距離lb，測量激光測距儀在平面t內(nèi)掃描到靶標(biāo)時(shí)旋轉(zhuǎn)的角度θ及測量激光測距儀與被測激光測距儀的距離l，及測量激光測距儀在平面t內(nèi)掃描到被測激光測距儀時(shí)旋轉(zhuǎn)的角度

4、步驟3：對(duì)步驟2獲得的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，得到測量激光測距儀與相鄰的被測激光測距儀之間靶標(biāo)的靶標(biāo)測量數(shù)據(jù)，及測量激光測距儀和被測激光測距儀的補(bǔ)償量測量數(shù)據(jù)；

5、步驟4：從濾波后的測量激光測距儀的靶標(biāo)測量數(shù)據(jù)和補(bǔ)償量測量數(shù)據(jù)中識(shí)別靶標(biāo)和被測激光測距儀，與靶標(biāo)和被測激光測距儀的初始位置的映射關(guān)系，并標(biāo)記映射關(guān)系；

6、步驟5：根據(jù)測量激光測距儀的初始位置坐標(biāo)和補(bǔ)償量測量數(shù)據(jù)計(jì)算得到所有被測激光測距儀在測量周期的坐標(biāo)，若多個(gè)被測激光測距儀在測量周期的坐標(biāo)與被測激光測距儀的初始位置坐標(biāo)的差值相同且最小，則標(biāo)記為未沉降被測激光測距儀，依據(jù)至少一個(gè)未沉降被測激光測距儀的初始位置坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償量測量數(shù)據(jù)計(jì)算測量激光測距儀在測量周期的坐標(biāo)；

7、步驟6：根據(jù)測量激光測距儀的靶標(biāo)測量數(shù)據(jù)和步驟5得到的測量激光測距儀在測量周期的坐標(biāo)，計(jì)算靶標(biāo)在一個(gè)測量周期內(nèi)的坐標(biāo)，并與靶標(biāo)在初始位置的坐標(biāo)進(jìn)行比較差值，得到靶標(biāo)的沉降量。

8、進(jìn)一步，所述步驟2之后還包括：在下一個(gè)測量周期內(nèi)，該測量激光測距儀每旋轉(zhuǎn)掃描一周，使已被測量的被測激光測距儀的伸縮桿縮回，重復(fù)步驟2重選兩個(gè)被測激光測距儀移動(dòng)至平面t內(nèi)，用于測量測量數(shù)據(jù)，直至所有被測激光測距儀均被掃描；每個(gè)測量激光測距儀測完再換成其他的激光測距儀作為測量激光測距儀。

9、進(jìn)一步，所述步驟3包括：

10、步驟31，采用測量數(shù)據(jù)根據(jù)式(1)計(jì)算出測量激光測距儀所在的隧道斷面與被測激光測距儀所在的隧道斷面的距離d，根據(jù)式(2)計(jì)算出被測激光測距儀的相對(duì)高度h；

11、

12、若|d-dp|≤λ且β≤h≤α?xí)r，則將該測量數(shù)據(jù)作為補(bǔ)償量測量數(shù)據(jù)保存，將剩余測量數(shù)據(jù)作為候選靶標(biāo)測量數(shù)據(jù)保存；

13、其中，dp為測量激光測距儀的初始位置與被測激光測距儀的初始位置的距離，λ、β、α為設(shè)定的閾值，λ＝0.1～0.3m，β、α＝h±0.1～0.2m

14、步驟32，采用候選靶標(biāo)測量數(shù)據(jù)根據(jù)式(1)計(jì)算出靶標(biāo)所在的隧道斷面與測量激光測距儀所在的隧道斷面的距離d；

15、若d-db≤0，則將該候選靶標(biāo)測量數(shù)據(jù)作為靶標(biāo)測量數(shù)據(jù)保存；

16、其中，db為測量激光測距儀的初始位置與在掃描方向上的相鄰被測激光測距儀的初始位置的距離。

17、進(jìn)一步，所述步驟4包括：

18、步驟41：將濾波后的測量激光測距儀的靶標(biāo)測量數(shù)據(jù)和補(bǔ)償量測量數(shù)據(jù)根據(jù)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)角度θ或φ分為兩類，若θ或φ∈(0，180]，標(biāo)記為類別一，若θ或φ∈(180，360]，標(biāo)記為類別二；分類后的靶標(biāo)測量數(shù)據(jù)和補(bǔ)償量測量數(shù)據(jù)按l的降序或升序進(jìn)行排序；

19、所述電動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)測量激光測距儀從電動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤正面的六點(diǎn)鐘方向起逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)并測量記錄旋轉(zhuǎn)角度θ或φ，電動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤正面背向電動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤靠近的直邊墻，電動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤被放置得使六點(diǎn)鐘方向豎直向下，電動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤的六點(diǎn)鐘方向?yàn)槌跏挤较颍?/p>

20、步驟42：將濾波后的測量激光測距儀及被測激光測距儀和設(shè)定范圍內(nèi)的靶標(biāo)分別按相對(duì)測量激光測距儀，位于測量激光測距儀的初始方向的左側(cè)的為類別一，右側(cè)為類別二；分類后的測量激光測距儀周圍的被測激光測距儀按其初始位置相對(duì)測量激光測距儀的初始位置的距離的降序或升序進(jìn)行排序，分類后的測量激光測距儀與其相鄰的激光測距儀的靶標(biāo)按其初始位置相對(duì)測量激光測距儀的初始位置的距離的降序或升序進(jìn)行排序；

21、步驟43：分類類別相同且排序次序相同的設(shè)定范圍內(nèi)的靶標(biāo)和靶標(biāo)測量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的靶標(biāo)標(biāo)記為同一個(gè)靶標(biāo)，分類類別相同且排序次序相同的被測激光測距儀和補(bǔ)償量測量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的被測激光測距儀標(biāo)記為同一個(gè)被測激光測距儀。

22、進(jìn)一步，所述步驟5包括：

23、步驟51：設(shè)測量激光測距儀的初始位置坐標(biāo)為(xn，yn)，被測激光測距儀的初始位置坐標(biāo)為(x1，y1)和(x2，y2)和…和(xm，ym)，測量激光測距儀觀察到這些被測激光測距儀的補(bǔ)償量測量數(shù)據(jù)為和和…和

24、步驟52：根據(jù)測量激光測距儀的初始位置坐標(biāo)和補(bǔ)償量測量數(shù)據(jù)計(jì)算得到所有被測激光測距儀在測量周期的坐標(biāo)：和和…和

25、步驟53：若多個(gè)被測激光測距儀在測量周期的坐標(biāo)與被測激光測距儀的初始位置坐標(biāo)的差值相同且最小，則標(biāo)記為未沉降被測激光測距儀，根據(jù)至少一個(gè)未沉降被測激光測距儀的初始位置坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償量測量數(shù)據(jù)計(jì)算得到測量激光測距儀在測量周期的坐標(biāo)，靶標(biāo)在測量周期的坐標(biāo)。

26、本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：能適應(yīng)任何隧道斷面形狀，根據(jù)測量得到的基礎(chǔ)距離值和角度值，能計(jì)算得到多個(gè)采樣點(diǎn)，依此連接就能得到隧道的斷面，并且適應(yīng)于任意形狀的隧道，能得到高精度的隧道斷面，采樣的點(diǎn)的數(shù)量越多，隧道斷面的輪廓就越清晰，建模精度就越高。采用更高精度的測量儀器，更多數(shù)量的采樣點(diǎn)時(shí)，隧道的輪廓的精度就越高，適用于各種地鐵隧道施工、測量、沉降監(jiān)控等任務(wù)。