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现代隧道技术 2025, Vol. 62 Issue (3) :209-216    DOI:
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基于车载激光点云的公路隧道拱顶变形监测方法
(1.山东科技大学测绘与空间信息学院,青岛 266590;2.浙江交工集团股份有限公司设计院分公司,杭州 311227;3.河海大学地球科学与工程学院,南京 211100)
Tunnel Crown Deformation Monitoring Method Based on Vehicle-mounted Laser Point Clouds
(1.College of Geodesy and Geomatics, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590;2.Design Institute Branch,Zhejiang Jiaogong Group Corporation, Hangzhou 311227;3.School of Earth Sciences and Engineering, Hohai University,Nanjing 211100)
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摘要 公路隧道结构稳定性直接影响行车安全。为实时监测隧道变形情况并及时消除安全隐患,减少事故发生的概率,文章提出一种基于车载激光点云的隧道拱顶变形监测的方法。通过提取隧道中轴线与连续横断面,改进点到面的最近点配准和精度评估方法,实现高精度形变分析。具体步骤包括:(1)采用多视角投影和中值法提取隧道中轴线,利用中轴线点的局部相似性拟合法平面并裁切隧道横断面;(2)对隧道横断面分区,通过法向与径向约束对分区后的横断面进行配准,并根据分区配准精度加权迭代计算配准结果。结果表明,该方法在复杂场景中的配准精度较ICP和K4PCS算法分别提升19%和79%,能够准确反映公路隧道的变形,为公路隧道运营安全提供重要保障。
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刘尚国1 慈乃全1 刘如飞1 程 坤2 王 飞1 马新江3
关键词公路隧道   车载激光点云   横断面配准   变形监测   中轴线提取     
Abstract: The structural stability of highway tunnels directly affects traffic safety. To monitor tunnel deformation in real time, eliminate potential safety hazards, and reduce the risk of accidents, this paper proposes a method for monitoring tunnel crown deformation based on vehicle-mounted laser point clouds. The method involves extracting the tunnel central axis and continuous cross-sections, improving point-to-plane nearest-point registration and precision evaluation techniques for accurate deformation analysis. The main steps are as follows: (1) the tunnel central axis is extracted using multi-view projection and median method, followed by fitting normal planes based on the local similarity of central axis points to clip tunnel cross-sections; (2) the tunnel cross-sections are partitioned and registered with normal and radial constraints, and the registration result is computed iteratively by weighting the registration accuracy of each partition. Experimental results show that this method improves registration accuracy by 19% and 79% over ICP and K4PCS algorithms respectively under complex scenarios. It effectively reflects highway tunnel deformation and provides important technical support for tunnel operation safety.
KeywordsHighway tunnel,   Vehicle-mounted laser point cloud,   Cross-section registration,   Deformation monitoring,   Centeral axis extraction     
基金资助:国家自然科学基金资助项目(42301519)“;菁英计划”科研支持项目(0104060541613).
作者简介: 刘尚国(1979-),男,博士,教授,主要从事精密工程与变形监测相关方向的研究与教学工作,E-mail:sdkdlsg@sdust.edu.cn. 通讯作者:刘如飞(1986-),男,博士,副教授,主要从事激光点云数据处理、图像目标特征识别技术相关方向的研究与教学工作,E-mail: liuru?fei@sdust.edu.cn.
引用本文:   
刘尚国1 慈乃全1 刘如飞1 程 坤2 王 飞1 马新江3 .基于车载激光点云的公路隧道拱顶变形监测方法[J]  现代隧道技术, 2025,V62(3): 209-216
LIU Shangguo1 CI Naiquan1 LIU Rufei1 CHENG Kun2 WANG Fei1 MA Xinjiang3 .Tunnel Crown Deformation Monitoring Method Based on Vehicle-mounted Laser Point Clouds[J]  MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY, 2025,V62(3): 209-216
链接本文:  
http://www.xdsdjs.com/CN/      或     http://www.xdsdjs.com/CN/Y2025/V62/I3/209
 
没有本文参考文献
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