隧道变形监测方法、装置、设备以及存储介质

技术领域

本申请涉及建筑领域，尤其涉及一种隧道变形监测方法、装置、设备以及存储介质。

背景技术

相关技术中，工程建筑变形是指在各种荷载作用下，变形监测体的形状、大小及位置在时间或空间中的变化情况。其中，工程建筑变形包括隧道变形和桥梁变形等。

但是，目前的工程建筑变形监测手段不够完善，无法准确地检测工程建筑变形。

申请内容

本申请的主要目的在于提供一种隧道变形监测方法、装置、设备以及存储介质，旨在解决目前的工程建筑变形监测手段不够完善，无法准确地检测工程建筑变形的技术问题。

第一方面，为实现上述目的，本申请提供一种隧道变形监测方法，所述方法包括：

获取隧道的第一点云数据和所述隧道的第二点云数据；

根据所述第一点云数据，生成参考数字高程模型DEM，并根据所述第二点云数据生成样本数字高程模型DEM；

对所述参考数字高程模型DEM进行划分处理得到至少一个参考点云数据区域，并对所述样本数字高程模型DEM进行划分处理，得到至少一个样本点云数据区域；

根据至少一个所述参考点云数据区域确定至少一个参考坐标点的高程值，并根据至少一个所述样本点云数据区域确定至少一个样本坐标点的高程值；

对至少一个所述参考坐标点的高程值和在同一水平面上相对应的至少一个所述样本坐标点的高程值进行分析，得到变形信息。

可选的，所述根据所述第二点云数据生成样本数字高程模型DEM之后，所述方法还包括：

对所述样本数字高程模型DEM进行内插计算，得到目标数字高程模型DEM；

所述对所述参考数字高程模型DEM进行划分处理得到至少一个参考点云数据区域，并对所述样本数字高程模型DEM进行划分处理，得到至少一个样本点云数据区域，包括：

对所述参考数字高程模型DEM进行划分处理得到至少一个参考点云数据区域，并对所述目标数字高程模型DEM进行划分处理，得到至少一个样本点云数据区域。

可选的，所述对至少一个所述参考坐标点的高程值和在同一水平面上相对应的至少一个所述样本坐标点的高程值进行分析，得到变形信息之后，所述方法还包括：

对参考数字高程模型DEM进行特征提取，得到参考特征图，并对样本数字高程模型DEM进行特征提取，得到样本特征图；

根据所述参考特征图和所述样本特征图，确定所述隧道的变化趋势。

可选的，所述参考特征图包括参考断面图，所述样本特征图包括样本断面图；

所述对至少一个所述参考坐标点的高程值和在同一水平面上相对应的至少一个所述样本坐标点的高程值进行分析，得到变形信息之后，所述方法还包括：

对参考数字高程模型DEM进行特征提取，得到所述参考断面图，并对样本数字高程模型DEM进行特征提取，得到所述样本断面图；

根据所述参考断面图和所述样本断面图，确定所述隧道的断面变化趋势。

可选的，所述参考特征图包括参考曲线图，所述样本特征图包括样本曲线图；

所述对至少一个所述参考坐标点的高程值和在同一水平面上相对应的至少一个所述样本坐标点的高程值进行分析，得到变形信息之后，所述方法还包括：

对参考数字高程模型DEM进行特征提取，得到所述参考曲线图，并对样本数字高程模型DEM进行特征提取，得到所述样本曲线图；

根据所述参考曲线图和所述样本曲线图，确定所述隧道的曲线变化趋势。

可选的，所述参考特征图包括参考三维变形曲面图，所述样本特征图包括样本三维变形曲面图；

所述对至少一个所述参考坐标点的高程值和在同一水平面上相对应的至少一个所述样本坐标点的高程值进行分析，得到变形信息之后，所述方法还包括：

对参考数字高程模型DEM进行特征提取，得到所述参考三维变形曲面图，并对样本数字高程模型DEM进行特征提取，得到所述样本三维变形曲面图；

根据所述参考三维变形曲面图和所述样本三维变形曲面图，确定所述隧道的三维变形曲面的变化趋势。

可选的，所述参考数字高程模型DEM的参数包括参考平面参数和参考高程参数；

所述样本数字高程模型DEM的参数包括样本平面参数和样本高程参数。

第二方面，本申请还提供了一种隧道变形监测装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取隧道的第一点云数据和所述隧道的第二点云数据；

生成模块，用于根据所述第一点云数据，生成参考数字高程模型DEM，并根据所述第二点云数据生成样本数字高程模型DEM；

处理模块，用于对所述参考数字高程模型DEM进行划分处理得到至少一个参考点云数据区域，并对所述样本数字高程模型DEM进行划分处理，得到至少一个样本点云数据区域；

确定模块，用于根据所述至少一个参考点云数据区域确定至少一个参考坐标点的高程值，并根据所述至少一个样本点云数据区域确定至少一个样本坐标点的高程值；

分析模块，用于对至少一个所述参考坐标点的高程值和在同一水平面上相对应的至少一个所述样本坐标点的高程值进行分析，得到变形信息。

第三方面，本申请还提供了一种隧道变形监测设备，包括：处理器，存储器以及存储在所述存储器中的隧道变形监测程序，所述隧道变形监测程序被所述处理器运行时实现如第一方面所述隧道变形监测方法的步骤。

第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有隧道变形监测程序，所述隧道变形监测程序被处理器执行时实现如第一方面所述的隧道变形监测方法。

本申请提出的一种隧道变形检测方法，通过获取隧道的第一点云数据和所述隧道的第二点云数据；根据所述第一点云数据，生成参考数字高程模型DEM，并根据所述第二点云数据生成样本数字高程模型DEM；对所述参考数字高程模型DEM进行划分处理得到至少一个参考点云数据区域，并对所述样本数字高程模型DEM进行划分处理，得到至少一个样本点云数据区域；根据至少一个所述参考点云数据区域确定至少一个参考坐标点的高程值，并根据至少一个所述样本点云数据区域确定至少一个样本坐标点的高程值；对至少一个所述参考坐标点的高程值和在同一水平面上相对应的至少一个所述样本坐标点的高程值进行分析，得到变形信息。

由此，隧道变形检测设备通过对同一隧道进行两次扫描后，得到第一点云数据和第二点云数据，并根据第一点云数据构建参考数字高程模型DEM，并根据第二点云数据构建样本数字高程模型DEM，将两个模型中同一水平坐标点的高程值进行比较，得到整个区域中任意位置的变形值，进而能准确的检测到隧道的变形。

附图说明

图1为本申请隧道变形监测方法的隧道变形监测设备的结构示意图；

图2为本申请隧道变形监测方法第一实施例的流程示意图；

图3为本申请隧道变形监测方法的第二实施例的系统示意图；

图4为本申请隧道变形监测方法的第三实施例的系统示意图；

图5为本申请隧道变形监测方法的第四实施例的系统示意图；

图6为本申请隧道变形监测方法的第五实施例的系统示意图；

图7为本申请隧道变形监测方法的第六实施例的系统示意图；

图8为本申请隧道变形监测方法的功能模块示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

由于相关技术中，工程建筑变形是指在各种荷载作用下，变形监测体的形状、大小及位置在时间或空间中的变化情况。其中，工程建筑变形包括隧道变形和桥梁变形等。

但是，目前的工程建筑变形监测手段不够完善，无法准确地检测工程建筑变形。

本申请提供一种解决方案，隧道变形检测设备通过对同一隧道进行两期扫描后，根据第一点云数据构建参考数字高程模型DEM，并根据第二点云数据构建样本数字高程模型DEM，将两个模型中同一水平坐标点的高程值进行比较，得到整个区域中任意位置的变形值，进而能准确的检测到工程建筑变形。

参照图1，图1为本申请实施例方案涉及的硬件运行环境的隧道变形监测设备13的结构示意图。

如图1所示，该隧道变形监测设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(WIreless-FIdelity，WI-FI)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)存储器，也可以是稳定的非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对隧道变形监测设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、数据存储模块、网络通信模块、用户接口模块以及隧道变形监测程序。

在图1所示的隧道变形监测设备中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本申请隧道变形监测设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在隧道变形监测设备中，隧道变形监测设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的隧道变形监测程序，并执行本申请实施例提供的隧道变形监测方法。

基于上述隧道变形监测设备的硬件结构但不限于上述硬件结构，本申请提供一种隧道变形监测方法的第一实施例。参照图2，图2示出了本申请隧道变形监测方法第一实施例的流程示意图。

需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本实施例中，所述方法包括：

S10，获取隧道的第一点云数据和所述隧道的第二点云数据；

需要理解的是，本实施例的执行主体是隧道变形监测设备，隧道变形监测设备包括激光扫描仪等扫描设备。在本实施例中，以激光扫描仪进行说明。隧道的第一点云数据具体为隧道变形监测设备通过激光扫描仪扫描测量变形前的隧道的信息数据集，该信息数据集包括隧道的信息的强度值和颜色等。隧道的第二点云数据具体为隧道变形监测设备通过激光扫描仪扫描测量变形后的隧道的信息数据集。

S20，根据所述第一点云数据，生成参考数字高程模型DEM，并根据所述第二点云数据生成样本数字高程模型DEM；

需要理解的是，数字高程模型DEM，简称DEM，具体为通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟即地形表面形态的数字化表达。参考数字高程模型DEM具体为变形前的隧道的实体地面模型。样本数字高程模型DEM具体为变形后的隧道的实体地面模型。

S30，对所述参考数字高程模型DEM进行划分处理得到至少一个参考点云数据区域，并对所述样本数字高程模型DEM进行划分处理，得到至少一个样本点云数据区域；

需要理解的是，对所述参考数字高程模型DEM进行划分处理具体为用形状大小均匀的网格对参考数字高程模型DEM进行划分，得到至少一个参考点云数据区域。对所述样本数字高程模型DEM进行划分处理具体为用形状大小均匀的网格对样本数字高程模型DEM进行划分，得到至少一个样本点云数据区域。

S40，根据至少一个所述参考点云数据区域确定至少一个参考坐标点的高程值，并根据至少一个所述样本点云数据区域确定至少一个样本坐标点的高程值；

需要理解的是，参考坐标点具体为参考点云数据区域的中心点的坐标。参考坐标点的高程值具体为参考坐标点相对于地面的高度。样本坐标点具体为样本点云数据区域的中心点的坐标。样本坐标点的高程值具体为样本坐标点相对于地面的高度。

S50，对至少一个所述参考坐标点的高程值和在同一水平面上相对应的至少一个所述样本坐标点的高程值进行分析，得到变形信息。

需要理解的是，变形信息为参考坐标点的高程值与样本坐标点的高程值的差值。对至少一个所述参考坐标点的高程值和在同一水平面上相对应的至少一个所述样本坐标点的高程值进行分析，得到变形信息。

在本实施例中，隧道变形检测设备通过对同一隧道进行两次扫描后，得到第一点云数据和第二点云数据，并根据第一点云数据构建参考数字高程模型DEM，并根据第二点云数据构建样本数字高程模型DEM，将两个模型中同一水平坐标点的高程值进行比较，得到整个区域中任意位置的变形值，进而能准确的检测到工程建筑变形，减少了计算量并提升了速度。

本申请提供一种隧道变形监测方法的第二实施例。参照图3，图3示出了本申请隧道变形监测方法的第二实施例的系统示意图。

本实施例中，S20之后具体包括：

S60，对所述样本数字高程模型DEM进行内插计算，得到目标数字高程模型DEM；

所述对所述参考数字高程模型DEM进行划分处理得到至少一个参考点云数据区域，并对所述样本数字高程模型DEM进行划分处理，得到至少一个样本点云数据区域，包括：

S70，对所述参考数字高程模型DEM进行划分处理得到至少一个参考点云数据区域，并对所述目标数字高程模型DEM进行划分处理，得到至少一个样本点云数据区域。

需要理解的是，内插计算是指根据分布在样本数字高程模型DEM中的内插点周围的已知参考点的高程值求出未知点的高程值。由于所采集的第一点云数据的排列一般是不规则的，因此，对样本数字高程模型DEM进行内插计算有利于得到规则的样本数字高程模型DEM即目标数字高程模型DEM。对所述目标数字高程模型DEM进行划分处理具体为用形状大小均匀的网格对目标数字高程模型DEM进行划分，得到至少一个样本点云数据区域。

在本实施例中，对所述样本数字高程模型DEM进行内插计算，有利于获取规则的目标数字高程模型DEM，进而有利于得到规则的样本点云数据区域。提高了变形信息的精确性。

本申请提供一种变压器控制系统的第三实施例。参照图4，图4示出了本申请变压器控制系统的第三实施例的系统示意图。

在本实施例中，S50之后具体包括：

S80，对参考数字高程模型DEM进行特征提取，得到参考特征图，并对样本数字高程模型DEM进行特征提取，得到样本特征图；

S90，根据所述参考特征图和所述样本特征图，确定所述隧道的变化趋势。

需要理解的是，隧道变形监测设备对参考数字高程模型DEM进行特征提取，得到参考特征图，并对样本数字高程模型DEM进行特征提取，得到样本特征图，根据所述参考特征图和所述样本特征图，确定所述隧道的变化趋势。

在本实施例中，根据所述参考特征图和所述样本特征图能直观定量地分析隧道的变化趋势。

本申请提供一种变压器控制系统的第四实施例。参照图5，图5示出了本申请变压器控制系统的第一实施例的系统示意图。

所述参考特征图包括参考断面图，所述样本特征图包括样本断面图；

在本实施例中，S50之后具体包括：

S100，对参考数字高程模型DEM进行特征提取，得到所述参考断面图，并对样本数字高程模型DEM进行特征提取，得到所述样本断面图；

S110，根据所述参考断面图和所述样本断面图，确定所述隧道的断面变化趋势。

需要理解的是，参考断面图是在参考数字高程模型DEM中，用假想的剖切面将参考数字高程模型DEM割切开(按剖切符号所标注的位置)，用正投影的方法，只将参考数字高程模型DEM被剖切到的轮廓绘出剖切面，后面的部分不绘，只表示部分构造情形。样本断面图是在样本数字高程模型DEM中，用假想的剖切面将样本数字高程模型DEM割切开(按剖切符号所标注的位置)，用正投影的方法，只将样本数字高程模型DEM被剖切到的轮廓绘出剖切面，后面的部分不绘，只表示部分构造情形。

在本实施例中，隧道变形监测设备根据所述参考断面图和所述样本断面图，确定所述隧道的断面变化趋势后，能直观清晰的了解隧道的变形信息。

本申请提供一种变压器控制系统的第五实施例。参照图6，图6示出了本申请变压器控制系统的第五实施例的系统示意图。

所述参考特征图包括参考曲线图，所述样本特征图包括样本曲线图；

在本实施例中，S50之后具体包括：

S120，对参考数字高程模型DEM进行特征提取，得到所述参考曲线图，并对样本数字高程模型DEM进行特征提取，得到所述样本曲线图；

S130，根据所述参考曲线图和所述样本曲线图，确定所述隧道的曲线变化趋势。

需要理解的是，参考曲线图又称参考折线图,是利用曲线的升、降变化来表示参考数字高程模型DEM变化趋势的一种图形。参考曲线图在分析参考数字高程模型DEM的发展变化、依存关系等方面具有重要作用。样本曲线图又称样本折线图,是利用曲线的升、降变化来表示样本数字高程模型DEM变化趋势的一种图形。样本曲线图在分析样本数字高程模型DEM的发展变化、依存关系等方面具有重要作用。

在本实施例中，隧道变形监测设备根据所述参考曲线图和所述样本曲线图，确定所述隧道的曲线变化趋势后，能直观清晰的了解隧道的变形信息。

本申请提供一种变压器控制系统的第六实施例。参照图7，图7示出了本申请变压器控制系统的第六实施例的系统示意图。

所述参考特征图包括参考三维变形曲面图，所述样本特征图包括样本三维变形曲面图；

在本实施例中，S50之后具体包括：

S140，对参考数字高程模型DEM进行特征提取，得到所述参考三维变形曲面图，并对样本数字高程模型DEM进行特征提取，得到所述样本三维变形曲面图；

S150，根据所述参考三维变形曲面图和所述样本三维变形曲面图，确定所述隧道的三维变形曲面的变化趋势。

需要理解的是，参考三维变形曲面图也叫参考透视立体图，是考察隧道形态最直观的图形，该参考三维变形曲面图非常接近于人眼对隧道的观察，能形象、逼真地反映出参考数字高程模型DEM。样本三维变形曲面图也叫样本透视立体图，是考察隧道形态最直观的图形，该样本三维变形曲面图非常接近于人眼对隧道的观察，能形象、逼真地反映出样本数字高程模型DEM。

在本实施例中，隧道变形监测设备根据所述参考三维变形曲面图和所述样本三维变形曲面图，确定所述隧道的三维变形曲面的变化趋势后，能直观清晰的了解隧道的变形信息。

作为一种具体实施方式，在本实施例中，所述参考数字高程模型DEM的参数包括参考平面参数和参考高程参数；

所述样本数字高程模型DEM的参数包括样本平面参数和样本高程参数。

需要理解的是，参考数字高程模型DEM参数包括参考平面参数和参考高程参数，样本数字高程模型DEM参数包括样本平面参数和样本高程参数。

本申请还提供了一种隧道变形监测装置，参阅图8，图8位本申请隧道变形监测方法的功能模块示意图，所述装置包括：

获取模块900，用于获取隧道的第一点云数据和所述隧道的第二点云数据；

生成模块910，用于根据所述第一点云数据，生成参考数字高程模型DEM，并根据所述第二点云数据生成样本数字高程模型DEM；

处理模块920，用于对所述参考数字高程模型DEM进行划分处理得到至少一个参考点云数据区域，并对所述样本数字高程模型DEM进行划分处理，得到至少一个样本点云数据区域；

确定模块930，根据所述至少一个参考点云数据区域确定至少一个参考坐标点的高程值，并根据所述至少一个样本点云数据区域确定至少一个样本坐标点的高程值；

分析模块940，用于对至少一个所述参考坐标点的高程值和在同一水平面上相对应的至少一个所述样本坐标点的高程值进行分析，得到变形信息。

在本实施例中，隧道变形检测设备通过对同一隧道进行两期扫描后，根据第一点云数据构建参考数字高程模型DEM，并根据第二点云数据构建样本数字高程模型DEM，将两个模型中同一水平坐标点的高程值进行比较，得到整个区域中任意位置的变形值，进而能准确的检测到工程建筑变形。

此外，本申请实施例还提出一种计算机存储介质，存储介质上存储有隧道变形监测程序，隧道变形监测程序被处理器执行时实现如上文的隧道变形监测方法的步骤。因此，这里将不再进行赘述。另外，对采用相同方法的有益效果描述，也不再进行赘述。对于本申请所涉及的计算机可读存储介质实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述。确定为示例，程序指令可被部署为在一个计算设备上执行，或者在位于一个地点的多个计算设备上执行，又或者，在分布在多个地点且通过通信网络互连的多个计算设备上执行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，上述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

另外需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本申请提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用CPU、专用存储器、专用元器件等来实现。一般情况下，凡由计算机程序完成的功能都可以很容易地用相应的硬件来实现，而且，用来实现同一功能的具体硬件结构也可以是多种多样的，例如模拟电路、数字电路或专用电路等。但是，对本申请而言更多情况下软件程序实现是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘、U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例的方法。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。