本發明涉及隧道賦水區襯砌寬厚帶三維激光點云檢測及激光檢測隧道工程安全；更具體地說，本發明涉及一種隧道賦水區襯砌寬厚帶三維激光點云檢測方法及系統。

背景技術：

1、隧道工程安全技術非常關鍵，由于隧道變形慢、難以獲得有效實驗檢測數據導致隧道變形檢測技術研究受限；如何探測隧道賦水區襯砌寬厚帶及采集隧道賦水區襯砌寬厚帶數據、如何模擬隧道變形情況，模擬隧道變形分析隧道變形真值、如何搭建隧道模擬掃描虛擬仿真平臺及在虛擬環境中模擬三維激光掃描獲得大樣本檢測數據、如何更高效優化訓練神經網絡模型及進行隧道點云配準、隧道變形分析等問題尚待解決；因此，有必要提出一種隧道賦水區襯砌寬厚帶三維激光點云檢測系統及方法，以至少部分地解決現有技術中存在的問題。

技術實現思路

1、在
技術實現要素：
部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明；本發明的發明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。

2、為至少部分地解決上述問題，本發明提供了一種隧道賦水區襯砌寬厚帶三維激光點云檢測方法，包括：

3、s10，通過滾球法探測隧道賦水區襯砌寬厚帶，通過三維激光掃描隧道點云，采集隧道賦水區襯砌寬厚帶激光點云數據；建立高保真隧道孿生模型；

4、s20，通過有限元模擬隧道變形情況，構建有限元模擬隧道變形分析模型，輸出隧道孿生模型的隧道變形真值；

5、s30，根據隧道孿生模型和激光掃描特征數據，搭建隧道模擬掃描虛擬仿真平臺；在虛擬環境中對隧道孿生模型進行模擬三維激光掃描，獲得大樣本檢測數據；

6、s40，根據大樣本檢測數據，輔助訓練變形檢測神經網絡模型；通過神經網絡模型進行隧道點云配準；通過擬合隧道中軸線獲取隧道斷面點云，進行隧道變形分析。

7、優選的，s10包括：

8、s101，通過滾球法探測隧道賦水區襯砌寬厚帶，通過應變濕度感應光纖，預估被損壞缺陷區域，并獲取缺陷區域濕度信息；

9、s102，球形體圍繞隧道賦水區左右上下滾動過程中，通過三維激光掃描隧道點云，采集隧道賦水區襯砌寬厚帶激光點云數據；

10、s103，根據被損壞缺陷區域、缺陷區域濕度信息及隧道賦水區襯砌寬厚帶激光點云數據，建立高保真隧道孿生模型。

11、優選的，s20包括：

12、s201，建立賦水區襯砌寬厚帶采樣節點的有限元模擬元數據，有限元模擬元數據包括巖層土壤地質構造、巖層土壤含水率、巖層土壤厚度與隧道變形量；

13、s202，根據單一元數據隧道變形量分析信息，智能分配影響隧道變形量的地質構造影響權重、巖層土壤含水率影響權重、巖層土壤厚度影響權重之間比例；

14、s203，構建有限元模擬隧道變形分析模型；根據有限元模擬隧道變形分析模型，輸出隧道孿生模型的隧道變形真值。

15、優選的，s30包括：

16、s301，根據隧道孿生模型和激光掃描特征數據，搭建隧道模擬掃描虛擬仿真平臺；

17、s302，在虛擬環境中對隧道孿生模型進行模擬三維激光掃描，獲得大樣本檢測數據。

18、優選的，s40包括：

19、s401，根據大樣本檢測數據，輔助訓練變形檢測神經網絡模型；變形檢測神經網絡模型包括geotransformer神經網絡模型；

20、s402，通過神經網絡模型進行隧道點云配準；通過擬合隧道中軸線獲取隧道斷面點云，進行隧道變形分析；

21、s403，判定隧道斷面點云中隧道變形位置，并推測隧道變形演化趨勢；

22、通過擬合隧道中軸線獲取隧道斷面點云，進行隧道變形分析包括：輸入采集的隧道斷面數據；選少量點構建誤差方程并求解；根據闕值區分局內點局外點；判定局內點數量是否滿足90%；如局內點數量不滿足90%，則剔除局外點，將局內點整合；輸出滿足條件的局內點，基于局內點進行隧道斷面分析。

23、本發明提供了一種隧道賦水區襯砌寬厚帶三維激光點云檢測系統，包括：

24、隧道賦水區襯砌孿生模型分系統，通過滾球法探測隧道賦水區襯砌寬厚帶，通過三維激光掃描隧道點云，采集隧道賦水區襯砌寬厚帶激光點云數據；建立高保真隧道孿生模型；

25、有限元模擬隧道變形分系統，通過有限元模擬隧道變形情況，構建有限元模擬隧道變形分析模型，輸出隧道孿生模型的隧道變形真值；

26、隧道模擬掃描虛擬仿真分系統，根據隧道孿生模型和激光掃描特征數據，搭建隧道模擬掃描虛擬仿真平臺；在虛擬環境中對隧道孿生模型進行模擬三維激光掃描，獲得大樣本檢測數據；

27、隧道點云配準變形分析分系統，根據大樣本檢測數據，輔助訓練變形檢測神經網絡模型；通過神經網絡模型進行隧道點云配準；通過擬合隧道中軸線獲取隧道斷面點云，進行隧道變形分析。

28、優選的，隧道賦水區襯砌孿生模型分系統，包括：

29、滾球法探測隧道缺陷模塊，通過滾球法探測隧道賦水區襯砌寬厚帶，通過應變濕度感應光纖，預估被損壞缺陷區域，并獲取缺陷區域濕度信息；

30、三維激光掃描隧道點云模塊，球形體圍繞隧道賦水區左右上下滾動過程中，通過三維激光掃描隧道點云，采集隧道賦水區襯砌寬厚帶激光點云數據；

31、高保真隧道孿生模型架構模塊，根據被損壞缺陷區域、缺陷區域濕度信息及隧道賦水區襯砌寬厚帶激光點云數據，建立高保真隧道孿生模型。

32、優選的，有限元模擬隧道變形分系統，包括：

33、賦水區襯砌有限元模擬模塊，建立賦水區襯砌寬厚帶采樣節點的有限元模擬元數據，有限元模擬元數據包括巖層土壤地質構造、巖層土壤含水率、巖層土壤厚度與隧道變形量；

34、隧道變形量權重智能分配模塊，根據單一元數據隧道變形量分析信息，智能分配影響隧道變形量的地質構造影響權重、巖層土壤含水率影響權重、巖層土壤厚度影響權重之間比例；

35、模擬隧道變形分析模型模塊，構建有限元模擬隧道變形分析模型；根據有限元模擬隧道變形分析模型，輸出隧道孿生模型的隧道變形真值。

36、優選的，隧道模擬掃描虛擬仿真分系統，包括：

37、隧道掃描仿真平臺，根據隧道孿生模型和激光掃描特征數據，搭建隧道模擬掃描虛擬仿真平臺；

38、模擬三維激光掃描模塊，在虛擬環境中對隧道孿生模型進行模擬三維激光掃描，獲得大樣本檢測數據。

39、優選的，隧道點云配準變形分析分系統，包括：

40、檢測數據網絡模型訓練模塊，根據大樣本檢測數據，輔助訓練變形檢測神經網絡模型；變形檢測神經網絡模型包括geotransformer神經網絡模型；

41、隧道點云配準模塊，通過神經網絡模型進行隧道點云配準；通過擬合隧道中軸線獲取隧道斷面點云，進行隧道變形分析；

42、隧道變形判定推測模塊，判定隧道斷面點云中隧道變形位置，并推測隧道變形演化趨勢；

43、通過擬合隧道中軸線獲取隧道斷面點云，進行隧道變形分析包括：輸入采集的隧道斷面數據；選少量點構建誤差方程并求解；根據闕值區分局內點局外點；判定局內點數量是否滿足90%；如局內點數量不滿足90%，則剔除局外點，將局內點整合；輸出滿足條件的局內點，基于局內點進行隧道斷面分析。

44、相比現有技術，本發明至少包括以下有益效果：

45、本發明一種隧道賦水區襯砌寬厚帶三維激光點云檢測方法及系統，通過滾球法探測隧道賦水區襯砌寬厚帶，通過三維激光掃描隧道點云，采集隧道賦水區襯砌寬厚帶激光點云數據；建立高保真隧道孿生模型；通過有限元模擬隧道變形情況，構建有限元模擬隧道變形分析模型，輸出隧道孿生模型的隧道變形真值；根據隧道孿生模型和激光掃描特征數據，搭建隧道模擬掃描虛擬仿真平臺；在虛擬環境中對隧道孿生模型進行模擬三維激光掃描，獲得大樣本檢測數據；根據大樣本檢測數據，輔助訓練變形檢測神經網絡模型；通過神經網絡模型進行隧道點云配準；通過擬合隧道中軸線獲取隧道斷面點云，進行隧道變形分析；隧道變形檢測研究的數字孿生方法，建立高保真隧道孿生模型；通過有限元模擬隧道的變形情況，輸出隧道孿生模型的變形真值；搭建虛擬仿真平臺，實現在虛擬環境中對隧道模型的三維激光掃描，以獲得大樣本檢測數據，輔助訓練變形檢測方法；變形檢測采用geotransformer神經網絡實現隧道點云配準，通過擬合隧道中軸線獲取隧道斷面點云，實現隧道變形分析；提升了隧道工程安全，能夠解決隧道變形慢難以獲得有效實驗檢測數據問題；能夠探測隧道賦水區襯砌寬厚帶及采集隧道賦水區襯砌寬厚帶數據；能夠更精準模擬隧道變形情況；可以模擬隧道變形分析隧道變形真值；可以搭建隧道模擬掃描虛擬仿真平臺，并在虛擬環境中模擬三維激光掃描獲得大樣本檢測數據；可以更高效優化訓練神經網絡模型及進行隧道點云配準，顯著提升隧道變形分析處理準確度；具有重要技術意義和顯著效果。

46、本發明所述的一種隧道賦水區襯砌寬厚帶三維激光點云檢測方法及系統，本發明的其它優點、目標和特征將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本發明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。