一种基于激光测距的隧道内结构形变的监测方法

1.一种基于激光测距的隧道内结构形变的监测方法,其特征在于:包括以下步骤：S1将多台激光扫描仪以一定间距安装在隧道内壁或者隧道侧面底部，实时测量多个隧道横向截面和多段隧道纵向截面，多台激光扫描仪通过光电复合线缆级联方式相连接，能同时运行；S2所述激光扫描仪通过自动旋转结构，对横向和纵向截面进行自动多点可配置采样；S3使用系统误差修正算法去除机械抖动和激光器固有误差，以及隧道中施工人员、施工车辆快速移动物体造成的影响，从而获得修正后的隧道扫描数据，针对机械抖动以及隧道中施工人员、施工车辆快速移动物体造成的影响，所述系统误差修正算法利用异常检测算法对测量数据进行处理，判断出异常数据并修正；S4通过截面曲线匹配算法，将截面曲线与基准截面曲线采用不同大小的窗口滑动比对，判断隧道内是否发生掉块、沉降以及收敛现象，并对多期采集的截面曲线综合分析，判断隧道掉块、沉降以及收敛随时间呈现的趋势，所述截面曲线匹配算法首先对待分析隧道截面曲线和基准截面曲线的数据进行系统误差修正，将待分析隧道截面曲线与基准截面曲线按坐标点进行差值运算，采用不同的窗口滑动进行比对，窗口宽度能自由设置，滑窗移动步长能自由选择，根据比对指标与给定阈值的关系，判断是否发生掉块、沉降以及收敛现象和危害程度；S5将横向截面和纵向截面曲线重建隧道三维模型，通过位置匹配算法，计算出隧道内掉块、沉降以及收敛形变位置及其面积，所述激光扫描仪配置振动传感器，通过感应振动判断激光扫描仪在使用过程中的异常移动，当发生异常移动则自动校正并更新基准截面曲线，实现自检功能。 2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述激光扫描仪是单激光扫描仪或者多激光扫描仪。 3.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，异常处理算法采用RANSAC算法过滤异常数据，采用多项式曲线拟合不同截面曲线，利用误差最小化算法计算抖动参数，修正数据；针对激光器固有误差导致的数据缺失情况，利用插值算法进行处理，补全数据。 4.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，选取任意时刻截面曲线作为基准截面曲线，截面曲线处理在球坐标下或者将球坐标转换为笛卡尔坐标下实现。 5.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述截面曲线匹配算法最终给出是否发生掉块、沉降、收敛现象，以及危害的范围区间、危害等级。 6.根据权利要求5所述监测方法，其特征在于，所述滑窗移动步长的长度为1。 7.根据权利要求5所述监测方法，其特征在于，利用滑窗内的所有数据或部分数据判断是否发生掉块、沉降以及收敛现象，滑窗内数据的对比指标包括数据的均值、方差、众数、中位数、最大值、最小值。 8.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述位置匹配算法在隧道内存在掉块、沉降以及收敛的情况发生时，得到多个掉块、沉降或收敛位置；所述位置匹配算法选择聚类算法对位置进行聚类，根据给定阈值对多个掉块、沉降或收敛位置进行聚类，计算出隧道三维模型的掉块、沉降以及收敛位置及面积。 9.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述激光扫描仪与摄像机、温度监测仪、湿度监测仪、气体监测仪、烟雾监测仪中的一个或多个联合，进行实时视频监控和环境监测，形成隧道综合监测体系。