本發(fā)明屬于隧道結(jié)構(gòu)病害檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于激光雷達LIDAR(俗稱“三維激光掃描”)點云數(shù)據(jù)獲取隧道正射影像系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

地下空間的開發(fā)和利用是我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的一個重要方向和特點，如地鐵隧道、鐵路隧道、公路隧道等。尤其是近10年來城市地下鐵路的快速發(fā)展，也帶來了新的問題。隨著投入運營里程的不斷增長，現(xiàn)有的傳統(tǒng)隧道測量和檢測技術(shù)和設(shè)備越來越跟不上快速增長的運營隧道結(jié)構(gòu)安全檢測的需求。

目前，國內(nèi)主要使用全站儀和二維斷面儀進行隧道結(jié)構(gòu)變形的幾何檢測，使用人工肉眼觀察結(jié)合現(xiàn)場拍照、搭梯子用尺量的原始方法來進行滲水、裂縫等隧道病害的巡檢和檢測。不僅不方便，而且檢測的結(jié)果不準(zhǔn)確。也有些地方采用了地面激光雷達技術(shù)進行檢測，地面激光雷達技術(shù)可以通過車、內(nèi)燃或者電力機車載方式以每小時10～40公里速度實現(xiàn)高密度隧道點云數(shù)據(jù)。這些點云數(shù)據(jù)中已經(jīng)包含高精度和高密度的激光打在隧道結(jié)構(gòu)上反射點的三維空間坐標(biāo)和激光反射強度信息，其定位精度在1～2mm之間，點間距小于5mm的點云格網(wǎng)。目前國內(nèi)各應(yīng)用單位和激光掃描儀廠家僅利用了點云中的三維坐標(biāo)信息來做一些斷面的幾何尺寸檢測，而沒有充分利用點云中的高分辨率激光反射強度信息。如圖1所示，地面激光雷達設(shè)備自帶軟件生成的普通隧道全景影像視圖，橫坐標(biāo)是掃描點在該站掃描文件中所在行數(shù)，縱坐標(biāo)是掃描點所在列數(shù)。普通隧道全景影像是扭曲畸變的，無法反映隧道的真實里程、內(nèi)壁尺寸的真實大小。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種能夠生成真實反映隧道內(nèi)壁尺寸、位置的可量測影像的基于激光雷達點云數(shù)據(jù)獲取隧道正射影像用戶檢測成果的軟件系統(tǒng)。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種基于激光雷達LIDAR點云數(shù)據(jù)獲取隧道正射影像系統(tǒng)，包括，點云文件輸入模塊、點云數(shù)據(jù)管理模塊、點云數(shù)據(jù)投影處理模塊、激光雷達影像生成模塊；

所述點云文件輸入模塊將地面激光雷達獲取的帶有與隧道骨架線坐標(biāo)系一致的原始三維點云數(shù)據(jù)集RD(N_k,E_k,H_k,RL_k)，通過隧道的骨架線里程投影法得到點k的隧道骨架線里程M_k；然后按照M_k分段的里程長度范圍將原始三維點云數(shù)據(jù)集RD分成多個點云分段數(shù)據(jù)集ND_j(M_i,N_i,E_i,H_i,RL_i)，其中，N_k為隧道壁返回的第k個激光點對應(yīng)的骨架線坐標(biāo)系北坐標(biāo)，E_k為隧道壁返回的第k個激光點對應(yīng)的骨架線坐標(biāo)系東坐標(biāo)，H_k為隧道壁返回的第k個激光點對應(yīng)的骨架線坐標(biāo)系高程坐標(biāo)，RL_k為第k個激光點反射回來的激光反射強度；k表示原始三維點云數(shù)據(jù)集中點的編號，j表示分段后的點云數(shù)據(jù)集的編號，i表示每個分段后的點云數(shù)據(jù)集中點的編號，ND_j表示第j個分段后的點云數(shù)據(jù)集，其中M_i表示第j個分段后的點云數(shù)據(jù)集中第i個點的隧道骨架線里程，N_i表示第j個分段后的點云數(shù)據(jù)集中隧道壁返回的第i個激光點對應(yīng)的骨架線坐標(biāo)系北坐標(biāo)；E_i表示第j個分段后的點云數(shù)據(jù)集中隧道壁返回的第i個激光點對應(yīng)的骨架線坐標(biāo)系東坐標(biāo)；H_i表示第j個分段后的點云數(shù)據(jù)集中隧道壁返回的第i個激光點對應(yīng)的骨架線坐標(biāo)系高程坐標(biāo)；RL_i表示第j個分段后的點云數(shù)據(jù)集中第i個激光點反射回來的激光反射強度；

所述點云數(shù)據(jù)管理模塊按照原始文件名結(jié)合每個分段點云ND_j所覆蓋的隧道骨架線里程M_i來管理點云文件輸入模塊處理好的各個點云文件ND_j；所述點云數(shù)據(jù)管理模塊用于提供一個用戶界面的入口；

所述點云數(shù)據(jù)投影處理模塊根據(jù)斷面輪廓線投影法將點云文件輸入模塊中獲得的多個點云分段ND_j數(shù)據(jù)集中的每個點按照其對應(yīng)的骨架線里程M_i，分別投影到點i對應(yīng)的隧道骨架線里程M_i處的隧道二維斷面坐標(biāo)系OXY中，投影后點i的斷面坐標(biāo)系坐標(biāo)記為(M_i，Px_i，Py_i)；同時記錄點i距離對應(yīng)的M_i處斷面坐標(biāo)系原點的法線長度Pz_i，點i對應(yīng)的M_i處斷面坐標(biāo)系原點的法線與隧道設(shè)計輪廓線的交點DP_i到該斷面坐標(biāo)系原點的法線長度DPz_i和點i對應(yīng)的M_i處斷面坐標(biāo)系原點的法線和設(shè)計斷面輪廓線的交點DP_i沿設(shè)計斷面輪廓線到達DP₀點的斷面輪廓線最短長度Pp_i，根據(jù)ΔPz_i＝Pz_i-DPz_i計算實測斷面上點i沿法線方向與設(shè)計斷面輪廓線的差異值ΔPz_i，其中，DP₀點為設(shè)計斷面輪廓線與斷面坐標(biāo)系Y軸正方向的交點；點云數(shù)據(jù)投影處理模塊將最后獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果組成骨架線斷面坐標(biāo)系數(shù)據(jù)集P_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,ΔPz_i,Pp_i,RL_i)，更新到數(shù)據(jù)庫中存儲；

所述激光雷達影像生成模塊將點云數(shù)據(jù)投影處理模塊生成的每個點i的骨架線斷面坐標(biāo)系數(shù)據(jù)集P_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,ΔPz_i,Pp_i,RL_i)轉(zhuǎn)換成影像坐標(biāo)系坐標(biāo)數(shù)據(jù)集I_j(IR_i,IC_i,IG_i)從而獲取隧道正射影像，其中IR_i為點i對應(yīng)的像素在影像中所在行數(shù)，IC_i為點i對應(yīng)的像素在影像中所在列數(shù)，IG_i為點i對應(yīng)的像素灰度；P_j和I_j之間的換算關(guān)系為IC_i＝(M_i-M_a)/L/RS，IR_i＝Pp_i/RS，IG_i＝GS×RL_i；其中，M_a為起點里程，L為每幅影像覆蓋的隧道長度，RS表示隧道正射影像的分辨率，分辨率用像素的寬度表示，單位為米，其中，像素的長寬相同。GS為激光反射強度值與影像灰度值之間的一個固定比例常數(shù)。

進一步，還包括激光雷達平整度模塊；所述激光雷達平整度模塊根據(jù)點云文件輸入模塊通過隧道的骨架線里程投影法分段成新的點云數(shù)據(jù)集ND_j(M_i,N_i,E_i,H_i,RL_i)計算隧道內(nèi)壁點i的平整度數(shù)值U_i，并將計算出的平整度數(shù)值U_i添加到骨架線斷面坐標(biāo)系數(shù)據(jù)集P_j中，形成新的骨架線斷面坐標(biāo)系數(shù)據(jù)集P_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,Pp_i,RL_i,U_i)。

進一步，還包括影像成果報告模塊，所述影像成果報告模塊根據(jù)激光雷達平整度模塊生成的平整度數(shù)值U_i的數(shù)值結(jié)合不同的范圍區(qū)間，將不同平整度數(shù)值范圍內(nèi)的點采用不同色彩或者不同形狀表示，將點i的平整度數(shù)值U_i以半透明彩色分析圖的方式疊加到激光雷達隧道正射影像中的對應(yīng)位置上；進行隧道里程分段的斷面變形量、平整度，是否有滲水或裂縫分析。這樣能夠更加方便的找出隧道中出現(xiàn)問題的地方，更加直觀，使用更加方便。

進一步，所述骨架線里程投影法是將點云RD中的每個點的隧道骨架坐標(biāo)系三維坐標(biāo)(N_k,E_k,H_k)投影到隧道骨架線的垂足上，對應(yīng)垂足點距離骨架線起點里程的距離為點k所對應(yīng)的隧道骨架線里程M_k。

進一步，所述M_k分段的里程長度范圍是根據(jù)分段后每個點云單元的數(shù)據(jù)量大小與計算機硬件的最優(yōu)分布處理能力所對應(yīng)的最大數(shù)據(jù)塊粒度大小匹配的原則來選取的。分段的目的是為了減小最小數(shù)據(jù)塊單元的粒度，充分發(fā)揮現(xiàn)代多核計算機并行處理能力這樣能夠?qū)⒊砂偕锨Ч锏暮Ａ克淼傈c云數(shù)據(jù)分割成普通電腦配置可以處理的數(shù)據(jù)集大小或者具有強大并行計算能力的多核計算機并行處理能力最優(yōu)化的數(shù)據(jù)塊處理粒度，減少數(shù)據(jù)處理時間。同時也方便電腦軟件根據(jù)骨架線里程進行高效率數(shù)據(jù)檢索，加快點云數(shù)據(jù)處理過程中的檢索速度。

本發(fā)明還提供了一種采用上述基于激光雷達LIDAR點云數(shù)據(jù)獲取隧道正射影像系統(tǒng)的隧道正射影像獲取方法，包括以下步驟：

步驟1：點云文件輸入模塊采集每個原始點云文件數(shù)據(jù)RD(N_k,E_k,H_k,RL_k)，其中(N_k,E_k,H_k)為點k在隧道骨架線控制坐標(biāo)系下坐標(biāo)，k表示點云中每個點的標(biāo)號；

步驟2：讀入骨架線三維設(shè)計數(shù)據(jù)中的各個幾何線型，分段投影到平面中的幾何線型要素分段YS_g(M_g，N_g,E_g,T_g,R_g,L_g),M_g為幾何線型要素起點的里程，N_g為在隧道骨架線控制坐標(biāo)系下的北坐標(biāo)，E_g為在隧道骨架線控制坐標(biāo)系下的東坐標(biāo)，T_g表示要素類型，R_g表示幾何線型要素曲率半徑值，L_g表示幾何線型長度；其中，要素類型為直線、緩和曲線和圓；

步驟3：點云文件輸入模塊根據(jù)骨架線里程投影法計算出原始點云RD中的每個點k投影到隧道骨架線垂足的里程M_k；

步驟4：點云文件輸入模塊根據(jù)每個點的M_k數(shù)值和投影參數(shù)設(shè)置中骨架線里程投影分段的里程長度范圍，將每個讀入的原始三維點云數(shù)據(jù)集RD(N_k,E_k,H_k,RL_k)進行分割，形成多個點云分段數(shù)據(jù)集ND_j(M_i,N_i,E_i,H_i,RL_i)，并在點云數(shù)據(jù)管理模塊中顯示拆分后的新點云數(shù)據(jù)集ND_j(M_i,N_i,E_i,H_i,RL_i)；

步驟5：點云數(shù)據(jù)投影處理模塊按照點云數(shù)據(jù)管理模塊界面中用戶選擇的待處理點云數(shù)據(jù)集序列，批量讀入點云數(shù)據(jù)集ND_j(M_i,N_i,E_i,H_i,RL_i)；一個“點云數(shù)據(jù)投影處理模塊”程序運行實例一次向計算機內(nèi)存中讀入一個ND_j，剩余的ND_j數(shù)據(jù)集信息在模塊的待處理隊列中等候。在用戶計算機上同時運行多個“點云數(shù)據(jù)投影處理模塊”程序運行實例進行“并行計算”時，每個運行實例負(fù)責(zé)處理一個ND_j數(shù)據(jù)集隊列。例如：一臺8核CPU計算機可以運行8個“點云數(shù)據(jù)投影處理模塊”實例，同時處理8個ND_j數(shù)據(jù)集隊列，8個隊列中的ND_j數(shù)據(jù)集個數(shù)總和就是從原始數(shù)據(jù)集RD中拆分出來的ND_j數(shù)據(jù)集的總數(shù)。

步驟6：將步驟5中讀取的每個點云ND_j中的每個點i逐個按照骨架線里程投影法投影到相應(yīng)里程對應(yīng)的隧道斷面二維坐標(biāo)系，投影后點i的斷面坐標(biāo)系記為(M_i，Px_i，Py_i)，同時記錄點i距離對應(yīng)的M_i處斷面坐標(biāo)系原點的法線長度Pz_i，點i對應(yīng)的M_i處斷面坐標(biāo)系原點的法線與隧道設(shè)計輪廓線的交點DP_i到該斷面坐標(biāo)系原點的法線長度DPz_i和點i對應(yīng)的M_i處斷面坐標(biāo)系原點的法線和設(shè)計斷面輪廓線的交點DP_i沿設(shè)計斷面輪廓線到達DP₀點的斷面輪廓線最短長度Pp_i，根據(jù)ΔPz_i＝Pz_i-DPz_i計算實測斷面上點i沿法線方向與設(shè)計斷面輪廓線的差異值ΔPz_i，其中，DP₀點為設(shè)計斷面輪廓線與斷面坐標(biāo)系Y軸正方向的交點；將最后獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果組成骨架線斷面坐標(biāo)系數(shù)據(jù)集P_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,ΔPz_i,Pp_i,RL_i)，更新到數(shù)據(jù)庫中存儲；

DPz_i為i點的法線與隧道設(shè)計輪廓線的交點DP_i到該斷面坐標(biāo)系原點的法線長度。ΔPz_i＝Pz_i-DPz_i，即為實測斷面上任意一點i沿法線方向與設(shè)計斷面輪廓線的差異值。ΔPz_i正值代表超挖狀態(tài)，負(fù)值代表欠挖狀態(tài)，零代表該處實測斷面輪廓線和設(shè)計斷面輪廓線完全吻合。當(dāng)同一里程的兩次實測斷面數(shù)據(jù)的ΔPz_i對比時，兩次測量同一個隧道部位的ΔPz_i之差就反映了兩次測量之間斷面發(fā)生的變化，即為兩次測量所發(fā)現(xiàn)的斷面變形量。

步驟7：點云數(shù)據(jù)投影處理模塊根據(jù)點云數(shù)據(jù)集ND_j(M_i,N_i,E_i,H_i,RL_i)中點i的三維空間坐標(biāo)(N_i,E_i,H_i)、激光反射強度RL_i和骨架線斷面坐標(biāo)系數(shù)據(jù)集P_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,Pp_i,RL_i)建立一個數(shù)據(jù)集對應(yīng)關(guān)系，以M_i作為關(guān)聯(lián)字段和檢索關(guān)鍵字段，并更新存儲到點云數(shù)據(jù)庫中；

步驟8：對激光雷達影像生成模塊進行影像分幅的隧道里程長度和影像分辨率參數(shù)設(shè)置，按照骨架線里程M_i為關(guān)鍵字讀入需要生成影像的點云j數(shù)據(jù)集A_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,Pp_i,RL_i,N_i,E_i,H_i)；

步驟9：激光雷達影像生成模塊采用斷面輪廓線投影法將點云數(shù)據(jù)投影處理模塊生成的個分段后的點云數(shù)據(jù)集中點i的骨架線斷面坐標(biāo)系數(shù)據(jù)集P_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,Pp_i,RL_i)轉(zhuǎn)換成影像坐標(biāo)系坐標(biāo)數(shù)據(jù)集I_j(IR_i,IC_i,IG_i)從而獲取隧道正射影像，其中IR_i為點i對應(yīng)的像素在影像中所在行數(shù)，IC_i為點i對應(yīng)的像素在影像中所在列數(shù)，IG_i為點i對應(yīng)的像素灰度；P_j和I_j之間的換算關(guān)系為IC_i＝(M_i-M_a)/L/RS，IR_i＝Pp_i/RS，IG_i＝GS×RL_i；其中，M_a為起點里程，L為每幅影像覆蓋的隧道長度，RS表示隧道正射影像的分辨率，分辨率用像素的寬度表示，單位為米，GS為激光反射強度值與影像灰度值之間的一個固定比例常數(shù)。

進一步，以所述步驟9中獲取的隧道正射影像圖為底圖，在隧道正射影像圖上疊加半透明彩色目標(biāo)數(shù)值分析圖；或者疊加半透明不同圖例目標(biāo)數(shù)值分析圖。通過這樣一種新型用戶報告，可用平面報告的方式實現(xiàn)“4D”可視化目標(biāo)數(shù)值分析，直觀顯示出實際的三維隧道內(nèi)壁上的目標(biāo)分析值狀態(tài)，如斷面變形量和平整度，這樣可以更加直觀，快捷的找出隧道有問題的地段。

進一步，所述目標(biāo)數(shù)值包括斷面變形量和平整度。

工作原理：本發(fā)明充分利用三維激光點云中的各個點的三維空間坐標(biāo)和從被反射物體反射回來的激光反射強度通過“骨架線里程投影法”和“斷面輪廓線投影法”來生成一張仿佛是貼附在隧道壁內(nèi)側(cè)的與內(nèi)壁位置和尺寸完全一致的一張隧道激光正射影像。利用這張二維的隧道激光正射影像作為索引和參照可以高效、直觀地查詢和顯示每個像素的三維空間坐標(biāo)、沿隧道骨架線方向的二維橫斷面坐標(biāo)、斷面任一點法線方向的變形量、反射強度等，從而方便巡檢人員在不增配電腦硬件裝備的前提下，可以快速直觀的獲取隧道變形量、平整度、滲水和裂縫長度、面積、位置等詳細位置和幾何信息。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明采用斷面輪廓線投影法生成的激光雷達隧道正射影像的核心是沿著隧道的設(shè)計斷面輪廓線進行展開投影。不受隧道設(shè)計斷面輪廓線的幾何形狀限制，是可以真實反映隧道內(nèi)壁尺寸、位置的可量測影像，并適用于圓形、馬蹄形、雙圓形、矩形等各種斷面輪廓類型隧道內(nèi)壁的正射影像投影。該影像中任意兩點之間的距離即為此兩點在實際隧道內(nèi)壁上的實際曲線距離，因此在CAD軟件中如實量測出裂縫、滲水等隧道病害的長度、寬度、面積，從而計算出病害的幾何尺寸，為隧道病害的評估和修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)，有效提高了隧道檢測效率。

本發(fā)明中的“點云數(shù)據(jù)投影處理模塊”、“激光雷達平整度模塊”和“激光雷達影像生成模塊”具有對并行計算的有力支持，充分發(fā)揮現(xiàn)代多核計算機和分布式并行“云計算”系統(tǒng)硬件的強大計算能力，大大提高了隧道檢測行業(yè)大規(guī)模激光雷達檢測數(shù)據(jù)處理的生產(chǎn)效率，解決了激光雷達隧道檢測應(yīng)用的海量激光雷達點云數(shù)據(jù)處理中的一個關(guān)鍵難點技術(shù)。

本發(fā)明生成的激光雷達隧道正射影像，還和數(shù)據(jù)庫中三維點云、斷面變形量、平整度建立了一一對應(yīng)的數(shù)據(jù)映射關(guān)系，可以隨時根據(jù)每個像素調(diào)閱該點實際的隧道控制坐標(biāo)系坐標(biāo)、變形量、平整度、激光反射強度等相關(guān)數(shù)值，進行4D(隧道正射影像+斷面+變形量)、5D(隧道正射影像+斷面+變形量+平整度)、6D(隧道正射影像+斷面+變形量+平整度+激光反射強度)等所謂的“三位一體”圖形分析界面，即“影像+斷面+數(shù)值表”。本發(fā)明方法獲得的新型用戶成果，既直觀、高效，又對查看用戶成果的計算機內(nèi)存和顯卡沒有特別要求，普通沒有獨立顯卡的計算機都可以進行查看和分析。

本發(fā)明生成的激光雷達正射影像變形量或者平整度彩色數(shù)值分析圖比其他三維立體方式看隧道變形更加“一目了然”，沒有常規(guī)三維點云或者三維模型瀏覽的死角和遮擋問題，同時也方便以二維圖表形式打印輸出和審閱。該圖是在隧道內(nèi)壁正射影像展開圖上，將每個點的變形量數(shù)值對應(yīng)的色彩通過半透明方式疊加在影像對應(yīng)位置，這種方式查看整條隧道變形量大小時，用戶可以同時看到在隧道壁具體哪一段、哪個部位有多大變形量，非常形象直觀，而且整個隧道內(nèi)壁完全展開，沒有任何死角。

附圖說明

圖1為地面激光雷達設(shè)備自帶軟件生成的普通隧道全景影像視圖；

圖2為斷面輪廓線投影法原理說明圖；

圖3為本發(fā)明的工作流程圖；其中圖3(a)生成的激光雷達隧道正射影像圖的流程圖，圖3(b)激光雷達平整度模塊和影像成果報告模塊工作流程圖；

圖4為采用斷面輪廓線投影法獲取隧道正射影像的使用示意圖；

圖5為采用本發(fā)明提供的方法生成的隧道壁破損位置修補后的激光雷達隧道正射影像圖；

圖6為采用本發(fā)明提供方法生成的激光雷達隧道正射影像半透明斷面變形量彩色數(shù)值分析圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進一步的解釋。

本發(fā)明提供了一種基于激光雷達點云數(shù)據(jù)獲取隧道正射影像的系統(tǒng)，包括點云文件輸入模塊、點云數(shù)據(jù)管理模塊、點云數(shù)據(jù)投影處理模塊、激光雷達影像生成模塊、激光雷達平整度模塊和影像成果報告模塊。

其中，點云文件輸入模塊將地面激光雷達獲取的帶有與隧道骨架線坐標(biāo)系一致的原始三維點云數(shù)據(jù)集RD(N_k,E_k,H_k,RL_k)，通過隧道的骨架線里程投影法得到點k的隧道骨架線里程M_k；然后按照M_k分段的里程長度范圍將原始三維點云數(shù)據(jù)集RD分成多個點云分段數(shù)據(jù)集ND_j(M_i,N_i,E_i,H_i,RL_i)，其中，N_k為隧道壁返回的第k個激光點對應(yīng)的骨架線坐標(biāo)系北坐標(biāo)，E_k為隧道壁返回的第k個激光點對應(yīng)的骨架線坐標(biāo)系東坐標(biāo)，H_k為隧道壁返回的第k個激光點對應(yīng)的骨架線坐標(biāo)系高程坐標(biāo)，RL_k為第k個激光點反射回來的激光反射強度；k表示原始三維點云數(shù)據(jù)集中點的編號，k＝1～點云中點的總數(shù)；j表示分段后的點云數(shù)據(jù)集的編號，j＝1～分段后的點云數(shù)據(jù)集的總數(shù)；比如一個包含1公里長隧道點云數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)RD，可以被分成100個10米長隧道的新點云文件ND_j，此時j＝1～100；i表示每個分段后的點云數(shù)據(jù)集中點的編號，i＝1～分段后的每個點云數(shù)據(jù)集中點的總數(shù)，ND_j表示第j個分段后的點云數(shù)據(jù)集，其中的M_i表示第j個分段后的點云數(shù)據(jù)集中第i個點的隧道骨架線里程，N_i表示第j個分段后的點云數(shù)據(jù)集中隧道壁返回的第i個激光點對應(yīng)的骨架線坐標(biāo)系北坐標(biāo)；E_i表示第j個分段后的點云數(shù)據(jù)集中隧道壁返回的第i個激光點對應(yīng)的骨架線坐標(biāo)系東坐標(biāo)；H_i表示第j個分段后的點云數(shù)據(jù)集中隧道壁返回的第i個激光點對應(yīng)的骨架線坐標(biāo)系高程坐標(biāo)；RL_i表示第j個分段后的點云數(shù)據(jù)集中第i個激光點反射回來的激光反射強度。

其中，骨架線里程投影法是將點云RD中的每個點的隧道骨架坐標(biāo)系三維坐標(biāo)(N_k,E_k,H_k)投影到隧道骨架線的垂足上，對應(yīng)垂足點距離骨架線起點里程的距離為點k所對應(yīng)的隧道骨架線里程M_k。為了便于隧道正射影像系統(tǒng)以多核處理器并行處理方式批量自動化處理，可將原始三維點云數(shù)據(jù)集RD劃分成任意尺寸大小粒度的隧道點云數(shù)據(jù)段。所以可以根據(jù)分段后每個點云單元的數(shù)據(jù)量大小與計算機硬件的最優(yōu)分布處理能力所對應(yīng)的最大數(shù)據(jù)塊粒度大小匹配的原則來選取M_k分段的里程長度范圍，并以專用數(shù)據(jù)庫形式存儲，。這樣減小最小數(shù)據(jù)塊單元的粒度，充分發(fā)揮現(xiàn)代多核計算機并行處理能力，能夠?qū)⒊砂偕锨Ч锏暮Ａ克淼傈c云數(shù)據(jù)分割成普通電腦配置可以處理的數(shù)據(jù)集大小或者具有強大并行計算能力的多核計算機并行處理能力最優(yōu)化的數(shù)據(jù)塊處理粒度，減少數(shù)據(jù)處理時間。同時也方便電腦軟件根據(jù)骨架線里程進行高效率數(shù)據(jù)檢索，加快點云數(shù)據(jù)處理過程中的檢索速度。這樣經(jīng)過骨架線里程分段后的ND_j點云數(shù)據(jù)集后續(xù)可以被運行在多核CPU計算機中的多個點云數(shù)據(jù)投影模塊中進行同時處理，而且互不干擾。比如，一臺8核CPU計算機可以同時運行8個點云數(shù)據(jù)投影模塊來解算同一個隧道的不同分段點云數(shù)據(jù)，大大提高計算機硬件利用效率，縮短數(shù)據(jù)處理時間，為大規(guī)模隧道檢測提供高效率的計算機并行計算算法支持。

點云數(shù)據(jù)管理模塊按照原始文件名結(jié)合每個分段點云ND_j所覆蓋的隧道骨架線里程M_i來管理點云文件輸入模塊處理好的各個點云文件ND_j，用于提供一個用戶界面的入口；例如：“NBDT1_20160303_12780-12790”中，”NBDT1_20160303”是原始點云文件名，“12780-12790”是分段后的新點云所覆蓋的實際隧道里程。點云數(shù)據(jù)管理模塊是對每個分段點云ND_j進行全景瀏覽、投影處理、影像生成和直接在點云中提取斷面等功能的人機操作。即點云數(shù)據(jù)管理模塊是一個用戶界面入口模塊，沒有這個模塊的協(xié)同，后續(xù)對點云的用戶操作，就會失去操作對象。

如圖2所示，點云數(shù)據(jù)投影處理模塊根據(jù)斷面輪廓線投影法將點云文件輸入模塊中獲得的多個點云分段ND_j數(shù)據(jù)集中的每個點按照其對應(yīng)的骨架線里程M_i，分別投影到該點對應(yīng)的隧道骨架線里程處的隧道二維斷面坐標(biāo)系OXY中，投影后點i的斷面坐標(biāo)系坐標(biāo)記為(M_i，Px_i，Py_i)；同時記錄點i距離對應(yīng)的M_i處斷面坐標(biāo)系原點的法線長度Pz_i，即向量Oi的長度；點i對應(yīng)的M_i處斷面坐標(biāo)系原點的法線與隧道設(shè)計輪廓線的交點DP_i到該斷面坐標(biāo)系原點的法線長度DPz_i，即向量ODP_i的長度；和點i對應(yīng)的M_i處斷面坐標(biāo)系原點的法線和設(shè)計斷面輪廓線的交點DP_i沿設(shè)計斷面輪廓線到達DP₀點的斷面輪廓線最短長度Pp_i，即弧長向量DP_oDP_i的長度，面朝隧道大里程方向站立時，DP_i在DP₀左手為正值，DP_i在DP右手為負(fù)值。激光雷達隧道正射影像中每個像素實際對應(yīng)的是DP_i點的位置，后續(xù)做隧道正射影像投影時，Pp_i可以直接轉(zhuǎn)換為影像坐標(biāo)系中的行數(shù)IR_i，即IR_i＝Pp_i/影像分辨率，而不再受設(shè)計斷面輪廓線具體形狀的影響。然后根據(jù)ΔPz_i＝Pz_i-DPz_i計算實測斷面上點i沿法線方向與設(shè)計斷面輪廓線的差異值ΔPz_i，ΔPz_i正值代表超挖狀態(tài)，負(fù)值代表欠挖狀態(tài)，零代表該處實測斷面輪廓線和設(shè)計斷面輪廓線完全吻合。當(dāng)同一里程的兩次實測斷面數(shù)據(jù)的ΔPz_i對比時，兩次測量同一個隧道部位的ΔPz_i之差就反映了兩次測量之間斷面發(fā)生的變化，即為兩次測量所發(fā)現(xiàn)的斷面變形量。其中，DP₀點為設(shè)計斷面輪廓線與斷面坐標(biāo)系Y軸正方向的交點；設(shè)計斷面輪廓線為預(yù)先設(shè)定的參照斷面輪廓線。點云數(shù)據(jù)投影處理模塊將最后獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果組成骨架線斷面坐標(biāo)系數(shù)據(jù)集P_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,ΔPz_i,Pp_i,RL_i)，更新到數(shù)據(jù)庫中存儲。

根據(jù)計算出的數(shù)據(jù)組成骨架線斷面坐標(biāo)系數(shù)據(jù)集P_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,ΔPz_i,Pp_i,RL_i)。同時記錄點i在激光雷達設(shè)備獲取的原始點云文件中的隧道骨架坐標(biāo)系三維坐標(biāo)(N_i，E_i，H_i)和激光反射強度RL_i。根據(jù)原始點云文件中的三維空間坐標(biāo)(N_i，E_i，H_i)和激光反射強度RL_i和骨架線斷面坐標(biāo)系數(shù)據(jù)集P_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,ΔPz_i,Pp_i,RL_i)建立一個新的數(shù)據(jù)集對應(yīng)關(guān)系，即點云三維空間坐標(biāo)系數(shù)據(jù)集ND_j(M_i,N_i,E_i,H_i,RL_i)<->骨架線斷面坐標(biāo)系數(shù)據(jù)集P_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,ΔPz_i,Pp_i,RL_i)，以M_i作為關(guān)聯(lián)字段和檢索關(guān)鍵字段。

激光雷達影像生成模塊將點云數(shù)據(jù)投影處理模塊生成的每個點i的骨架線斷面坐標(biāo)系數(shù)據(jù)集P_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,ΔPz_i,Pp_i,RL_i)轉(zhuǎn)換成影像坐標(biāo)系坐標(biāo)數(shù)據(jù)集I_j(IR_i,IC_i,IG_i)從而獲取隧道正射影像，其中IR_i為點i對應(yīng)的像素在影像中所在行數(shù)，IC_i為點i對應(yīng)的像素在影像中所在列數(shù)，IG_i為點i對應(yīng)的像素灰度；P_j和I_j之間的換算關(guān)系為IC_i＝(M_i-M_a)/L/RS，IR_i＝Pp_i/RS，IG_i＝GS×RL_i；其中，M_a為起點里程，即被測量隧道的起點位置的里程，L為每幅影像覆蓋的隧道長度，RS表示隧道正射影像的分辨率，分辨率用像素的寬度表示，單位為米，其中，像素的長寬相同，GS為激光反射強度值與影像灰度值之間的一個固定比例常數(shù)。不同廠商激光反射強度表示方式不一樣，所以要用一個灰度比例尺系數(shù)來縮放轉(zhuǎn)換。為簡化公式說明問題起見，上述換算關(guān)系公式中IC_i為沒做影像分幅前，一個項目只有一個大影像中的列數(shù)，這個影像的長度就是隧道的實際長度。與后面分幅后的IC_i含義不同。

比如，Pp_i＝5.0米，影像分辨率設(shè)置為5mm，則IR_i＝5000/5＝1000行，此時該點在隧道正射影像圖中位于橫軸上方1000行處。這個方法的最大技術(shù)益處是適用于各種復(fù)雜設(shè)計斷面輪廓線類型隧道內(nèi)壁的正射影像投影問題，避免了生成正射投影時通常使用的面投影算法，例如做圓形設(shè)計斷面輪廓線隧道的正射投影時，一般使用圓柱面正射投影法?！皵嗝孑喞€投影法”將復(fù)雜的曲面投影問題轉(zhuǎn)換成了計算到達DP₀點的斷面輪廓線最短長度Pp_i的簡單數(shù)據(jù)問題。

一條隧道長3公里，該段隧道設(shè)計斷面輪廓線周長為18米，一幅激光雷達隧道正射影像覆蓋的隧道里程長度為30米，隧道起點里程為M_a，隧道終點里程為M_b，影像分辨率設(shè)置為每個像素5mm。則這條隧道可以輸出100張正射影像，每幅影像有3600行，6000列，IR_i＝(1，3600)，IC_i＝(1，6000)。第一張影像起點里程為M_a(米)，第二站影像起點里程為M_a+30(米)；

激光雷達平整度模塊則根據(jù)隧道內(nèi)壁點云的三維空間坐標(biāo)來計算隧道內(nèi)壁每個點i的平整度數(shù)值U_i，并將計算出的平整度數(shù)值U_i，添加到骨架線斷面坐標(biāo)系數(shù)據(jù)集P_j中，形成新的骨架線斷面坐標(biāo)系數(shù)據(jù)集P_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,Pp_i,RL_i,U_i)。

影像成果報告模塊生成激光雷達隧道正射影像目標(biāo)數(shù)值彩色分析疊加圖用戶成果報告。根據(jù)激光雷達平整度模塊生成的平整度數(shù)值U_i的數(shù)值區(qū)間對應(yīng)的不同色彩，將平整度數(shù)值U_i以半透明彩色分析圖的方式疊加到激光雷達隧道正射影像上來分析。該用戶報告可以幫助用戶分析每個隧道里程分段的斷面變形量、平整度，是否有滲水或裂縫等隧道病害。

如圖3所示，上述基于激光雷達點云數(shù)據(jù)獲取隧道正射影像的系統(tǒng)的方法，具體包括以下步驟：

步驟1：點云文件輸入模塊采集每個原始點云文件數(shù)據(jù)RD(N_k,E_k,H_k,RL_k)，其中

(N_k,E_k,H_k)為點k在隧道骨架線控制坐標(biāo)系下坐標(biāo)，k表示點云中每個點的標(biāo)號；

步驟2：讀入骨架線三維設(shè)計數(shù)據(jù)中的各個幾何線型，一般隧道骨架線幾何線型分段成直線->緩和曲線->圓弧->緩和曲線-直線，將讀入的幾何線性分段投影到平面中的幾何線型要素分段YS_g(M_g，N_g,E_g,T_g,R_g,L_g)中，其中，線型要素包括直線、緩和曲線或圓，M_g為幾何線型要素起點的里程，N_g為在隧道骨架線控制坐標(biāo)系下的北坐標(biāo)，E_g為在隧道骨架線控制坐標(biāo)系下的東坐標(biāo)，T_g表示要素類型，R_g表示幾何線型要素曲率半徑值，直線段的R_g為無窮大，圓弧段R_g為圓弧的半徑，緩和曲線段要素R_g半徑值從無窮大變化為與之相連接的圓弧半徑，L_g表示幾何線型長度。

步驟3：點云文件輸入模塊根據(jù)骨架線里程投影法計算出原始點云RD中的每個點k投影到隧道骨架線垂足的里程M_k；隧道骨架線設(shè)計數(shù)據(jù)是骨架線里程投影法的輸入數(shù)據(jù)，采用骨架線里程投影法將三維空間坐標(biāo)點投影到隧道骨架線垂足上，垂足點距離骨架線起點里程的距離即為點云k所對應(yīng)的隧道骨架線里程M_k。

步驟4：點云文件輸入模塊根據(jù)每個點的M_k數(shù)值和投影參數(shù)設(shè)置中骨架線里程投影分段的里程長度范圍，將每個讀入的原始三維點云數(shù)據(jù)集RD(N_k,E_k,H_k,RL_k)進行分割，形成多個點云分段數(shù)據(jù)集ND_j(M_i,N_i,E_i,H_i,RL_i)，并在點云數(shù)據(jù)管理模塊中顯示拆分后的新點云數(shù)據(jù)集ND_j(M_i,N_i,E_i,H_i,RL_i)；

步驟5：點云數(shù)據(jù)投影處理模塊按照點云數(shù)據(jù)管理模塊界面中用戶選擇的待處理點云數(shù)據(jù)集序列，批量讀入點云數(shù)據(jù)集ND_j(M_i,N_i,E_i,H_i,RL_i)；一個點云數(shù)據(jù)投影處理模塊程序運行實例一次向計算機內(nèi)存中讀入一個ND_j，剩余的ND_j數(shù)據(jù)集信息在模塊的待處理隊列中等候。在用戶計算機上同時運行多個點云數(shù)據(jù)投影處理模塊程序運行實例進行并行計算時，每個運行實例負(fù)責(zé)處理一個ND_j數(shù)據(jù)集隊列。例如：一臺8核CPU計算機可以運行8個點云數(shù)據(jù)投影處理模塊實例，同時處理8個ND_j數(shù)據(jù)集隊列，8個隊列中的ND_j數(shù)據(jù)集個數(shù)總和就是從原始數(shù)據(jù)集RD中拆分出來的ND_j數(shù)據(jù)集的總數(shù)。

步驟6：將步驟5中讀取的每個點云ND_j中的每個點i逐個按照骨架線里程投影法投影到相應(yīng)里程對應(yīng)的隧道斷面二維坐標(biāo)系，投影后點i的斷面坐標(biāo)系記為(M_i，Px_i，Py_i)，同時記錄點i距離對應(yīng)的M_i處斷面坐標(biāo)系原點的法線長度Pz_i，點i對應(yīng)的M_i處斷面坐標(biāo)系原點的法線與隧道設(shè)計輪廓線的交點DP_i到該斷面坐標(biāo)系原點的法線長度DPz_i和點i對應(yīng)的M_i處斷面坐標(biāo)系原點的法線和設(shè)計斷面輪廓線的交點DP_i沿設(shè)計斷面輪廓線到達DP₀點的斷面輪廓線最短長度Pp_i，根據(jù)ΔPz_i＝Pz_i-DPz_i計算實測斷面上點i沿法線方向與設(shè)計斷面輪廓線的差異值ΔPz_i，其中，DP₀點為設(shè)計斷面輪廓線與斷面坐標(biāo)系Y軸正方向的交點；將最后獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果組成骨架線斷面坐標(biāo)系數(shù)據(jù)集P_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,ΔPz_i,Pp_i,RL_i)，更新到數(shù)據(jù)庫中存儲。每條隧道都有設(shè)計斷面，這是點云正射投影的輸入數(shù)據(jù)，也是投影依據(jù)。

DPz_i為i點的法線與隧道設(shè)計輪廓線的交點DP_i到該斷面坐標(biāo)系原點的法線長度。ΔPz_i＝Pz_i-DPz_i，即為實測斷面上任意一點i沿法線方向與設(shè)計斷面輪廓線的差異值。ΔPz_i正值代表超挖狀態(tài)，負(fù)值代表欠挖狀態(tài)，零代表該處實測斷面輪廓線和設(shè)計斷面輪廓線完全吻合。當(dāng)同一里程的兩次實測斷面數(shù)據(jù)的ΔPz_i對比時，兩次測量同一個隧道部位的ΔPz_i之差就反映了兩次測量之間斷面發(fā)生的變化，即為兩次測量所發(fā)現(xiàn)的斷面變形量。

步驟7：點云數(shù)據(jù)投影處理模塊根據(jù)點云數(shù)據(jù)集ND_j(M_i,N_i,E_i,H_i,RL_i)中點i的三維空間坐標(biāo)(N_i,E_i,H_i)、激光反射強度RL_i和骨架線斷面坐標(biāo)系數(shù)據(jù)集P_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,Pp_i,RL_i)建立一個數(shù)據(jù)集對應(yīng)關(guān)系，以M_i作為關(guān)聯(lián)字段和檢索關(guān)鍵字段，并更新存儲到點云數(shù)據(jù)庫中；

步驟8：對激光雷達影像生成模塊進行影像分幅的隧道里程長度和影像分辨率參數(shù)設(shè)置，按照骨架線里程M_i為關(guān)鍵字讀入需要生成影像的點云j數(shù)據(jù)集A_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,Pp_i,RL_i,N_i,E_i,H_i)；A_j是對已有的ND_j和P_j數(shù)據(jù)集進行聯(lián)合查詢后獲得的新數(shù)據(jù)集。這樣已經(jīng)完成步驟5～7投影計算并存入數(shù)據(jù)庫中的ND_j點云可以在其他ND_j數(shù)據(jù)集還在做投影計算的同時開始步驟8的影像生成計算。只要用戶計算機有足夠強大的計算能力，用戶不必等所有ND_j點云數(shù)據(jù)集投影完，就可以生成出前面已經(jīng)投影好的ND_j數(shù)據(jù)集對應(yīng)的隧道正射影像，進一步充分發(fā)揮用戶計算機硬件的并行計算能力。步驟8的影像生成用戶操作界面也是在點云數(shù)據(jù)管理模塊完成，操作后形成類似步驟5中待生成影像的ND_j數(shù)據(jù)集隊列，位于這個隊列中的ND_j數(shù)據(jù)集是已經(jīng)完成步驟5～7投影計算并存入數(shù)據(jù)庫中的ND_j點云。

步驟9：激光雷達影像生成模塊采用斷面輪廓線投影法將點云數(shù)據(jù)投影處理模塊生成的個分段后的點云數(shù)據(jù)集中點i的骨架線斷面坐標(biāo)系數(shù)據(jù)集P_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,Pp_i,RL_i)轉(zhuǎn)換成影像坐標(biāo)系坐標(biāo)數(shù)據(jù)集I_j(IR_i,IC_i,IG_i)從而獲取隧道正射影像，其中IR_i為點i對應(yīng)的像素在影像中所在行數(shù)，IC_i為點i對應(yīng)的像素在影像中所在列數(shù)，IG_i為點i對應(yīng)的像素灰度；P_j和I_j之間的換算關(guān)系為IC_i＝(M_i-M_a)/L/RS，IR_i＝Pp_i/RS，IG_i＝GS×RL_i；其中，M_a為起點里程，L為每幅影像覆蓋的隧道長度，RS表示隧道正射影像的分辨率，分辨率用像素的寬度表示，單位為米，GS為激光反射強度值與影像灰度值之間的一個固定比例常數(shù)。

將點云j的數(shù)據(jù)集A_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,Pp_i,RL_i,N_i,E_i,H_i)中的M_i作為橫坐標(biāo)，Pp_i作為縱坐標(biāo)，如圖4所示，按照用戶面向隧道里程增大方向站立，Pp_i正值表示該點位于斷面零點的左手，負(fù)值代表該點位于斷面零點的右手，相應(yīng)點云的激光反射強度RL_i轉(zhuǎn)換成該點云的像素所對應(yīng)的灰度值IG_i構(gòu)成一幅隧道斷面的二維矩形展開影像圖。影像的2號區(qū)域即最靠近橫軸的區(qū)域為隧道的頂部，1號區(qū)域為隧道左手邊腰部，3號是右手邊隧道腰部區(qū)域。左右手是按照用戶面朝向隧道里程增大方向站立，影像顯示部位位于用戶的左右手方向。從而形成一個新的數(shù)據(jù)集對應(yīng)關(guān)系：A_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,Pp_i,RL_i,N_i,E_i,H_i)<->I_j(IR_i,IC_i,IG_i)。

步驟10：將新的數(shù)據(jù)集NA_j(M_i,Pp_i,Px_i,Py_i,Pz_i,RL_i,N_i,E_i,H_i,IR_i,IC_i,IG_i)更新存儲到數(shù)據(jù)庫中，形成完整的激光雷達正射灰度影像數(shù)據(jù)庫，檢索關(guān)鍵字為M_i和Pp_i；

步驟11：按照激光雷達影像生成模塊中設(shè)置的需要輸出用戶報告的隧道起點里程為M_a、終點里程為M_b、每幅輸出影像的長度和寬度(L_I，W_I)、紙張長寬尺寸(L_p，W_p)、影像縮放比例尺SC或選擇自動適應(yīng)紙張、影像分辨率RS等參數(shù)來對數(shù)據(jù)集NA_j進行分幅確定具體影像的幅數(shù)IN、每張影像的像素數(shù)(IR×IC)和行列數(shù)(IR,IC)和每張影像需要打印的用戶報告紙張頁數(shù)Y，并生成每幅影像的灰度填充數(shù)組G_n(r,s)(r＝1～IR，c＝1～IC，n＝1～IN)。其中IN＝(M_b-M_a)/L_I，Y＝(L_I/(SC×L_p))×(W_I/(SC×W_p))，G_n(r,c)這個像素對應(yīng)點在NA_j數(shù)據(jù)集中的M_i＝M_a+(n-1)×L_I+c×RS；Pp_i＝r×RS。根據(jù)M_i和Pp_i即可在激光雷達隧道正射影像專用數(shù)據(jù)庫NA中快速檢索出NA_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,Pp_i,RL_i,N_i,E_i,H_i,IR_i,IC_i,IG_i)中的影像灰度值IG_i。為了用戶報告的直觀性，每幅影像上還要另外加上橫坐標(biāo)隧道里程刻度，縱坐標(biāo)斷面輪廓線長度刻度。用戶報告中還要增加影像縮放比例尺等項目說明信息。

計算過程中不足一頁的小數(shù)部分要湊整，如Y＝1.1×2.3時，實際每幅影像需要打印Y＝2×3＝6頁。用戶選擇自動適應(yīng)紙張打印時，算法默認(rèn)將一幅影像打印在一張紙上來計算縮放比例尺。

比如，如果每幅激光雷達隧道正射影像報告的隧道里程長度設(shè)置為30米，隧道的設(shè)計斷面輪廓線周長為18米，影像分辨率設(shè)置為每個像素5mm，用戶實際紙張長60cm，寬36cm，影像縮放比例尺為1:200。則每幅影像有3600行，6000列，實際影像尺寸應(yīng)為30米長，18米寬，IR＝3600，IC＝6000。打印到用戶設(shè)置紙張上為15cm長，9cm寬，一張紙上可以打印16幅影像圖，即實際長度為480米長隧道的全部正射影像圖。如果用戶選擇自適應(yīng)紙張大小，此時算法自動按照打印到1頁紙上來計算出的影像自動縮放比例尺應(yīng)為1:50，每個像素實際打印尺寸為0.1mm。如果縮放比例尺設(shè)置為1:10，則一幅30米的影像圖要打印成Y＝5×5＝25頁紙。

步驟12：按照步驟11確定好的影像柵格行列，將每個像素的具體灰度值填充到打印紙張中去，最終生成激光雷達隧道正射灰度影像，如圖5所示。此時用戶可以直接輸出激光雷達隧道正射灰度影像來查看隧道內(nèi)壁影像上的滲水和裂縫等病害。

步驟13：影像成果報告模塊按照激光雷達影像生成模塊中的參數(shù)設(shè)置，將骨架線里程作為關(guān)鍵字讀入需要輸出用戶成果報告的點云j的數(shù)據(jù)集NA_j(M_i,Px_i,Py_i,Pz_i,Pp_i,RL_i,N_i,E_i,H_i,IR_i,IC_i,IG_i)；

步驟14：用戶在影像成果報告模塊中設(shè)置需要分析的目標(biāo)變量數(shù)值范圍對應(yīng)的色彩C和疊加到激光雷達隧道正射灰度影像做分析時的色塊透明度T，T為百分比，值域為0～100％，0為不透明，即不顯示底圖，100％為完全透明，即只顯示底圖，不顯示彩色。如圖6所示，Pz_i在(-0.05～0.05)范圍為隧道的超欠挖在正常限差范圍內(nèi)，是綠色，Pz_i>0.051為超挖超限狀態(tài)，是藍色，Pz_i<-0.051為欠挖超限狀態(tài)，是紅色。在圖6中，白色三角形填充物表示綠色，黑色圓形填充物表示紅色，網(wǎng)格填充物表示藍色。

步驟15：將點云j中的每個點i的Pz_i換算成所需在影像用戶報告圖中染成的顏色值C_i。

步驟16：按照影像成果報告模塊設(shè)置的每幅輸出影像覆蓋的隧道里程長度值、紙張長寬尺寸、影像縮放比例尺、影像分辨率等參數(shù)來對數(shù)據(jù)集NA_j進行分幅確定具體每張輸出影像報告的(IR*IC)、行列數(shù)(IR,IC)，并生成對應(yīng)像素行列填充數(shù)組URI(IR_i,IC_i,IG_i,C_i,T)。除增加染色和透明度的差別外，影像分幅輸出方法與步驟11相同。

步驟17：按照步驟16確定好的影像柵格行列，將每個像素的具體灰度值、色彩值和透明度值填充到打印紙張中去，最終生成激光雷達隧道正射影像變形量彩色分析圖用戶報告。激光雷達隧道正射影像平整度彩色分析圖處理步驟與變形量分析圖相類似，唯一不同之處是，該圖中彩色數(shù)值參考的目標(biāo)量是由平整度計算模塊存儲在數(shù)據(jù)庫中的平整度的數(shù)值。

本發(fā)明提供的方法與現(xiàn)有技術(shù)的對比如表1所示。

表1：