本发明涉及隧道施工，尤其是涉及一种隧道复合式衬砌线位拟合方法。
背景技术：
1、复合式衬砌指的是分内外两层先后施作的隧道衬砌；隧道开挖后先及时施作与围岩密贴的外层支护，一般称为初期支护，待围岩变形基本稳定后再施作内层衬砌，也称二次支护或二衬；复合式衬砌施工符合新奥法理论，初衬为柔性支护，围岩在柔度较大的外层支护条件下产生较大的形变，会释放大部分的变形能，能使后施工的内层衬砌减小受力；二衬为刚性支护，等围岩的应力释放趋于稳定后再施作；复合式衬砌优点是内层衬砌施作以后，又会对原先处于二维受力状态的外层支护产生径向抗力，从而改善外层支护的受力条件，而且表面光洁平整，有利于隧道通风和防水，并保护外层支护，使喷层内钢筋网和锚杆端部免于锈蚀，目前国内的铁路、公路隧道均大多数采用复合式衬砌进行施工；同时，复合式衬砌缺点是施工复杂、造价高，具体产生原因如下：开挖超限导致的二衬混凝土用量超耗严重；局部超限导致二衬厚度不够；线位定位不准导致侵入净空或错台；
2、复合式衬砌较少考虑既有二衬空间线位，在实际施工中，为保证衬砌厚度满足规范往往超量使用混凝土，使得衬砌工程混凝土使用量并不是经济合理的，因此设计一种在衬砌施工中可操作性强、成本低、适合广大用户使用的方法具有重要意义；
3、中国专利(公告号：cn110992479a)公开了一种适合散乱点云的高粗糙度三维曲面拟合方法，用于隧道施工过程的监测，该方法采用基于三次样条方法改进的多次多项式拟合方法，通过三维激光扫描技术进行数据采集，接着进行拟合面的相应设定，最后计算得到拟合面的相应函数，并在拟合优度上对拱顶曲率变化较大部分进行多块区域迭代拟合；但该专利方法仅能用于隧道施工过程的监测，不能对衬砌施工精确把握，也无法指导台车定位。
技术实现思路
1、为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种隧道复合式衬砌线位拟合方法。
2、为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种隧道复合式衬砌线位拟合方法，包含以下步骤：
4、s1、隧道点云数据采集，利用三维激光扫描仪，获取隧道初衬表面三维坐标；
5、s2、隧道点云数据预处理，通过多视对齐、噪声去除、数据精简、曲面重构对步骤s1的原始隧道点云数据进行处理，去除原始隧道点云数据中的离群点数据；
6、s3、隧道点云数据滤波处理，滤波算法公式为：
7、pfiltered＝f(pinput,pi)
8、其中，pinput是输入的点云数据，pfiltered是经过滤波处理之后得到的点云数据，pi是点云中的第i个点，函数f是选择的滤波算法；
9、s4、ransac断面提取及区段线位拟合，利用步骤s3生成的隧道点云生成隧道模型，结合隧道标准断面图，与生成的隧道初衬点云断面图进行比对，以隧道轴线和隧道左右侧起拱线为基准进行图形匹配，在保证最小二衬厚度min(di)满足规范dthreshold的前提下，从右侧衬砌墙与仰拱结合点开始逆时针旋转进行等间隔采样，每θ角度抽取一个点与标准断面对应点做较差，之后对指定的里程进行断面ransac拟合，获取最佳的拟合曲线，将得到的拟合曲线沿隧道行进方向排列，利用最小二乘法进行空间线位优化；
10、s5、台车定位，根据确定的区段空间线位，启动台车上的定位装置，确定台车姿态，启动手簿，读取台车姿态，与既有测量控制点建立空间相对关系，启动台车液压装置，调整台车姿态，至拟合后的控制线位，再次读取台车上的定位装置，读取台车姿态，确定台车已行走至拟合后的空间线位位置，记录中线和标高，完成台车定位。
11、优选的，所述步骤s3中函数f为高斯滤波算法、中值滤波算法或双边滤波算法。
12、优选的，所述步骤s4中，空间线位优化的方法包含对于指定里程隧道断面的点云数据(yi,zi)，其中i＝1,2,…,n，拟合一个函数f(y)，使得该函数在给定的数据点上的预测值与设计断面数据点之间的误差平方和最小，最小二乘拟合的目标是最小化残差平方和，最小化损失函数：
13、
14、其中，f(y)是目标函数，为一条连续的曲线。
15、优选的，所述步骤s4中，ransac过程，包含以下步骤：
16、a1、从数据集中随机选择最少数量的样本点来拟合模型；
17、a2、使用选定的样本点来估计模型参数；
18、a3、计算所有数据点到估计模型的距离，并将距离小于阈值的点视为内点，其余点视为外点；
19、a4、若内点数量大于预先设定的阈值，并且估计模型的参数与内点相一致，则认为当前模型是可靠的，否则重新选择样本点并重复上述步骤；
20、a5、选择具有最大内点数量的模型作为最终估计模型，即可得到指定里程断面的最佳拟合曲线。
21、由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：
22、本发明公开的一种隧道复合式衬砌线位拟合方法，借助局部最优曲线和指定区段全局线性最优拟合，能够准确的预测台车定位点的位置，借助定位装置和姿态感应装置，可实时有效测量台车姿态，短时间内完成定位，作业效率更高；
23、对铁路隧道、公路隧道、市政矿山法隧道、水利隧道均使用，台车定位坐标被输入到台车系统，由台车姿态测量与液压系统共同作用下完成，可一键自动完成，可操作性强；
24、分段拟定衬砌拱顶中线和高程、平面位置以及隧道必要的超欠挖处理和衬砌台车定位；重构时以隧道中轴线为参考，超欠挖及净空以两侧起拱线、顶线为参照，综合考虑开挖出来的空间和残余预留变形量，自动选取纵、横断面最优衬砌内轮廓，分段拟定衬砌拱顶中线和高程、平面位置，供衬砌台车定位，自动计算并可分段计算衬砌工程量，防排水、钢筋等尺寸相应调整，在隧道衬砌厚度、净空及质量可控的前提下，最大程度的节约混凝土用量，实现施工生产经济效益最大化。
1.一种隧道复合式衬砌线位拟合方法，其特征是：包含以下步骤：
2.如权利要求1所述的隧道复合式衬砌线位拟合方法，其特征是：所述步骤s3中函数f能够为高斯滤波算法、中值滤波算法或双边滤波算法。
3.如权利要求1所述的隧道复合式衬砌线位拟合方法，其特征是：所述步骤s4中，空间线位优化的方法包含对于指定里程隧道断面的点云数据(yi,zi)，其中i＝1,2,…,n，拟合一个函数f(y)，使得该函数在给定的数据点上的预测值与设计断面数据点之间的误差平方和最小，最小二乘拟合的目标是最小化残差平方和，最小化损失函数：
4.如权利要求1所述的隧道复合式衬砌线位拟合方法，其特征是：所述步骤s4中，ransac过程，包含以下步骤：
