1.一种用于监测隧道形变的方法,其特征在于,包括:将多个标靶分别设置在待监测隧道内壁上的不同位置,并通过雷达实时扫描内壁面和标靶点云数据;从所述点云数据中去除三维空间密度未满足预设密度要求的数据,从而对所述点云数据进行第一次去噪处理,获得第一点云数据;根据所述第一点云数据中标靶点云数据的空间分布特征,确定以每个标靶的标靶点云数据的几何中心作为中心点的预设的雷达视场角度范围内每个标靶的点云数据的点数量,进而通过将所述预设的雷达视场角范围调整至最佳雷达视场角度范围,针对每个标靶筛选适用于计算隧道形变量的最佳点云数据;将每个标靶的最佳点云数据从地面坐标系分别映射到与雷达空间姿态有关的坐标系内,基于此,利用每个标靶前一周期与后一周期的映射坐标,确定对应标靶的位置变化情况,由此得到隧道形变监测结果。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在将每个标靶的最佳点云数据从地面坐标系分别映射到与雷达空间姿态有关的坐标系内的步骤中,包括:实时测量扫描过程中雷达的空间姿态信息,从而根据所述空间姿态信息,获得所述与雷达空间姿态有关的坐标系的各坐标轴相较于所述地面坐标系对应坐标轴的倾斜角度,从而利用所述倾斜角度对每个标靶的最佳点云数据进行映射。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,利用如下表达式对每个标靶的最佳点云数据进行映射:其中, x 0 、 y 0 和 z 0 分别表示与雷达空间姿态有关的坐标系内点云的坐标, x 、 y 和 z 分别表示地面坐标系内点云的坐标, α 、 β 和 γ 分别表示与雷达空间姿态有关的坐标系的各坐标轴对应的倾斜角度。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的方法,其特征在于,在根据所述第一点云数据中标靶点云数据的空间分布特征,针对每个标靶筛选适用于计算隧道形变量的最佳点云数据的步骤中,包括:将每个标靶的标靶点云数据的几何中心作为中心点,分别统计预设的雷达视场角度范围内每个标靶的点云数据的点数量,以根据统计结果调整所述预设的雷达视场角范围,进而获得每个标靶的最佳雷达视场角度范围,继而将处于每个最佳雷达视场角度范围内的标靶点云数据作为相应的最佳点云数据。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,在获得每个标靶的最佳雷达视场角度范围的步骤中,包括:获取调整后预设的雷达视场角度范围内每个标靶的点云数据中每个点与雷达之间的距离,并针对每个标靶计算距离平均值,继而结合标靶的尺寸参数,计算每个标靶的最佳雷达视场角度范围。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,利用如下表达式计算每个标靶的最佳雷达视场角度范围:其中, 表示最佳雷达视场角度, D 表示标靶的直径, 表示距离平均值。
7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,在将每个标靶的最佳点云数据从地面坐标系分别映射到与雷达空间姿态有关的坐标系内之前,所述方法还包括:获取每个标靶的最佳点云数据的二值化图像,之后对所述二值化图像进行去噪,并形成二值化下的标靶点云投影图,从而根据所述标靶点云投影图,获得每个标靶的最佳点云数据在地面坐标系内的坐标。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,在从所述点云数据中去除三维空间密度未满足预设密度要求的数据的步骤中,包括:获取单位时间内扫描单位面积标靶所获得点云数据的平均点数量,并计算预设密度阈值,以根据所述预设密度阈值,从所述点云数据中提取所述三维空间密度未满足预设密度要求的数据来进行去除,其中,利用如下表达式计算所述预设密度阈值:其中, 表示预设密度阈值, 表示平均点数量, 表示扫描总时长, 表示标靶与雷达扫描线的夹角, w 表示雷达的测距精度, s 表示标靶的面积, b 表示最远处的标靶与雷达的距离。
9.根据权利要求1~3中任一项所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:实时计算扫描过程中表示点云数据的实际覆盖面积在预设隧道监测面积中所占比重的点云有效覆盖率,以评估所获得的点云数据的有效程度,其中,在有效程度未达到预设点云有效覆盖率时,按照指定的参数调整方式对雷达的扫描参数进行调整来提高所述有效程度。
10.一种用于监测隧道形变的系统,其特征在于,所述系统用于执行如权利要求1~9中任一项所述的方法,其中,所述系统包括:数据获取装置,其用于通过雷达实时扫描内壁面和分别设置在待监测隧道内壁上的不同位置的多个标靶的点云数据;去噪装置,其用于从所述点云数据中去除三维空间密度未满足预设密度要求的数据,从而对所述点云数据进行第一次去噪处理,获得第一点云数据;数据筛选装置,其用于根据所述第一点云数据中标靶点云数据的空间分布特征,确定以每个标靶的标靶点云数据的几何中心作为中心点的预设的雷达视场角度范围内每个标靶的点云数据的点数量,进而通过将所述预设的雷达视场角范围调整至最佳雷达视场角度范围,针对每个标靶筛选适用于计算隧道形变量的最佳点云数据;监测结果生成装置,其用于将每个标靶的最佳点云数据从地面坐标系分别映射到与雷达空间姿态有关的坐标系内,基于此,利用每个标靶前一周期与后一周期的映射坐标,确定对应标靶的位置变化情况,由此得到隧道形变监测结果。