综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法

摘要

本发明提供了综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法：采集地表图像数据，生成点云模型；采集现场的钻孔数据导入建模软件，形成第二控制点；生成不同岩层实体，形成岩层轮廓模型；突出重点岩层；采集盾构隧道轮廓标准断面与隧道中线坐标，生成隧道实体；建立地质模型横剖面，观察隧道与重点岩层、地面建筑相对位置关系；在盾构隧道穿越重点岩层及地面高层建筑下方时预警，根据监控量测数据观察地表沉降、建筑物沉降、管片沉降数值，制定多指标分级预警方案保证施工安全。本发明观察盾构隧道里程断面与危险岩层及高层建筑相对位置关系，制定分级预警方案，结合各断面实际监控量测情况与精细化的地质模型，制定相应施工控制措施。

权利要求

1.综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，利用无人机在目标区域采集其城市地表图像数据，然后再设定第一控制点；

步骤2，处理步骤1中得到的地表图像数据，将其图像处理生成点云模型，并导入所述第一控制点的坐标；

步骤3，采集现场的地质勘探的钻孔数据，然后将钻孔数据导入建模软件，形成相应的第二控制点；

步骤4，对第二控制点进行空间插值，建立不同岩层曲面模型；

步骤5，建立地质轮廓体，采用布尔运算对岩层曲面进行修剪，并利用岩层曲面分割地质轮廓体，生成不同岩层实体，形成岩层轮廓模型；

步骤6，采集整理盾构隧道标准轮廓断面及隧道中线坐标，将标准轮廓断面沿隧道中线拉伸，形成盾构隧道模型；

步骤7，探明对施工安全造成威胁的危险岩层，并将岩层轮廓模型中相应的危险岩层实体着色，以突出显示；

步骤8，将步骤2中地表的点云模型导入建模软件中，生成城市的地表曲面，采用布尔运算按照所述地质轮廓体对所述城市的地表曲面进行操作，得到城市的地表模型；

步骤9，调整地层轮廓模型和城市的地表模型的相对位置，并将上述两者与盾构隧道模型相结合，生成精细化的地质模型；

步骤10，对地表建筑物高度以及密集程度进行等级评定，结合盾构隧道模型穿越危险岩层区域划分重点控制区域，并着重对重点控制区域节选建模；

步骤11，生成地质模型横剖面，将横剖面沿隧道掘进方向移动，生成地质模型的不同里程断面模型；

步骤12，观察不同里程断面中的盾构隧道与危险岩层、地表高层建筑关系，当盾构即将穿越危险岩层及下穿高层建筑时，发出施工警示；

步骤13，建立多指标分级预警方案以及相应风险控制措施数据库，实时监测各里程断面监控量测信息，针对不同里程断面模型对应风险里程断面，密切监测各指标数据；

步骤14，将现场实测数据与数据库中各指标规定范围对比分析，调取相应施工风险控制方案，发出施工预警；同时结合现场实际工程条件与精细化的地质模型，优化相应防治措施。

2.根据权利要求1所述的综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，步骤3中所述钻孔数据包括：钻孔里程、孔口高程、钻孔坐标、底层名称和层底深度；步骤3包括如下步骤：

步骤3.1，将所述钻孔数据进行筛选整理，提取各岩层的层底深度、岩层信息和钻孔坐标；

步骤3.2，将不同钻孔下的相同岩层坐标导入建模软件中，得到该岩层的第二控制点，然后采用相同方法得到所有岩层的第二控制点。

3.根据权利要求1所述的综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，步骤4包括如下步骤：步骤4.1，选取同一岩层中的第二控制点，利用基于空间插值的曲面拟合方法，模拟建立虚拟钻孔点的坐标，并有效拟合岩层面所有控制点，得到该岩层的岩层曲面模型；

步骤4.2，拟合出所有岩层的岩层曲面模型，并最终得到岩层模型。

4.根据权利要求1所述的综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，步骤6包括如下步骤：步骤6.1，将隧道中线坐标导入建模软件中，拟合生成曲线，得到盾构隧道掘进曲线；

步骤6.2，将盾构隧道外径轮廓以隧道中线基点为参考导入建模软件中，将其沿隧道中线拉伸，生成盾构隧道模型；

步骤6.3，对盾构隧道模型利用布尔运算进行切割、组合和/或延长的操作，使得地表曲面形成整体，得到盾构隧道模型。

5.根据权利要求1所述的综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，步骤8中，对地表曲面利用布尔运算进行切割、组合和/或延长的操作，使得地表曲面形成整体，得到城市的地表模型，生成的城市的地表曲面包括：导入地表模型，嵌面生成地表曲面。

6.根据权利要求1所述的综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，步骤10包括如下步骤：步骤10.1，对地表模型建筑物高度进行等级划分，依次分为低、中、高层建筑；同时，将地表建筑物密集程度划分为一级、二级、三级、四级建筑物群；

步骤10.2，将盾构沿线周围高层建筑区域、四级建筑物群区域与盾构穿越危险岩层区域结合，划定模型重点控制区域，并节选重点控制区域进行建模。

7.根据权利要求1所述的综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，步骤11包括如下步骤：步骤11.1，沿地质模型横向生成横剖面；

步骤11.2，沿隧道掘进方向移动横剖面，观察不同里程剖面图。

8.根据权利要求1所述的综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，步骤12包括如下步骤：观察实时剖面图，判断盾构隧道与高层建筑及危险地层相对位置关系，在隧道即将穿越危险地层或高层建筑时发出施工风险提醒。

9.根据权利要求1所述的综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，步骤13包括如下步骤：步骤13.1，依据规范允许沉降值范围将施风险分为三级；一级风险时可谨慎进行施工作业；二级风险时则需提高施工警惕性，密切关注各项指标数据；同时，根据发生二级风险对应里程断面，观察地质模型中其地层分布、地表起伏以及周边建筑物，综合分析施工风险因素，制定对应预防措施。

10.根据权利要求9所述的综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，步骤13.1中，当任一指标实际监控量测数值达到三级风险级别时，则调取数据库中相应施工风险控制方案，发出施工预警，同时结合现场实际工程环境与地质模型信息，合理选取地层加固区域，优化控制方案。

说明书

综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法

技术领域

[0001] 本发明涉及地质建模领域，具体涉及综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法。

背景技术

[0002] 随着工程信息化水平的提高、计算机可视化技术的发展和三维地质建模技术的成熟，三维地质建模已被广泛应用于能源、矿山、城市地下空间和交通隧道等领域，三维地质
体建模精细化已成为现阶段建模技术日渐重视的硏究方向之一。无人机倾斜摄影测量的实
景三维模型建立技术是通过在飞行平台（如固定翼或旋翼无人机）上携带多台传感器（一般
用五镜头相机）采集图像信息进行数据处理建模。

[0003] 现有技术：中国发明专利公开说明书CN111832106A，公开日20201027，公开了一种利用无人机倾斜摄影技术定位到盾构井始发位置的方法，其包括：根据设计图纸初步圈定
盾构井始发位置所在范围，作为无人机飞行范围的正投影范围；在飞行范围内同一高度下
设定多个飞行点；利用无人机在飞行点对盾构井始发位置进行实景拍摄；将实景拍摄的影
像导入到Smart 3D软件中；在Smart 3D软件中对所导入的影像进行空三运算，生成倾斜摄
影模型；利用Autodesk Revit建模软件创建盾构井结构模型；将盾构井结构模型与倾斜摄
影模型导入到3d Max软件中，进行融合，在倾斜摄影模型中定位盾构井结构模型。

[0004] 但是现有技术中仅建立了精细化的地质模型，并未能将盾构隧道、地质模型和地表建筑物有机结合进行实时施工预警，同样未能根据预警制定相应施工安全控制措施。因
此需要一种综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法。

发明内容

[0005] 本发明提供了一种综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，能够将城市的地表模型、基于勘探数据的地层模型、盾构隧道模型结合，形成精细化的地质模
型，通过实时观察地质模型不同里程断面中盾构隧道与危险地层及高层建筑相对位置关
系，实时发出施工预警，及时制定相应施工安全控制措施。从而解决现有技术中的不足。

[0006] 综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，包括如下步骤：

[0007] 步骤1，利用无人机在目标区域采集其城市地表图像数据，然后再设定第一控制点；

[0008] 步骤2，处理步骤1中得到的地表图像数据，将其图像处理生成点云模型，并导入所述第一控制点的坐标；

[0009] 步骤3，采集所述现场的地质勘探的钻孔数据，然后将钻孔数据导入建模软件，形成相应的第二控制点；

[0010] 步骤4，对第二控制点进行空间插值，建立不同岩层曲面模型；

[0011] 步骤5，建立地质轮廓体，采用布尔运算对岩层曲面进行修剪，并利用岩层曲面分割地质轮廓体，生成不同岩层实体，形成岩层轮廓模型；

[0012] 步骤6，采集整理盾构隧道标准轮廓断面及隧道中线坐标，将标准轮廓断面沿隧道中线拉伸，形成盾构隧道模型；

[0013] 步骤7，探明对施工安全造成威胁的危险岩层，并将岩层轮廓模型中相应的危险岩层实体着色，以突出显示；

[0014] 步骤8，将步骤2中地表的点云模型导入建模软件中，生成城市的地表曲面，采用布尔运算按照所述地质轮廓体对所述城市的地表曲面进行操作，得到城市的地表模型；

[0015] 步骤9，调整所述地层轮廓模型和城市的地表模型的相对位置，并将上述两者与盾构隧道模型相结合，生成精细化的地质模型；

[0016] 步骤10，对地表建筑物高度以及密集程度进行等级评定，结合盾构隧道模型穿越危险岩层区域划分重点控制区域，并着重对重点控制区域节选建模；

[0017] 步骤11，生成地质模型横剖面，将横剖面沿隧道掘进方向移动，生成地质模型的不同里程断面模型；

[0018] 步骤12，观察不同里程断面中的盾构隧道与危险岩层、地表高层建筑关系，当盾构即将穿越危险岩层及下穿高层建筑时，发出施工警示；

[0019] 步骤13，建立多指标分级预警方案以及相应风险控制措施数据库，实时监测各里程断面监控量测信息，针对不同里程断面模型对应风险里程断面，密切监测各指标数据。

[0020] 步骤14，将现场实测数据与数据库中各指标规定范围对比分析，调取相应施工风险控制方案，发出施工预警。同时结合现场实际工程条件与精细化的地质模型，优化相应防
治措施。

[0021] 无人机采集图像时，选定航飞区域并设定好航线规划。可以快速地得到目标区域的地表图像数据，方便快捷。

[0022] 采用这样的方法，本发明将城市的地表模型与基于勘探钻孔数据的地层模型结合，形成精细化的地表地质模型，对实际地表地质情况进行精准还原；从而无须调集巨大人
力物力来对实际地质情况进行勘探。节约了成本，提升了效率。并且将精细化的地表地质模
型与盾构隧道模型结合，划定地表建筑物影响等级以及盾构穿越危险地层区域，形成精细
化的地质模型，通过实时观察地质模型不同里程断面中盾构隧道与危险地层及高层建筑相
对位置关系，实时发出施工警示。并且建立多指标分级预警方案以及相应风险控制措施数
据库，实时监测各里程断面监控量测信息，将其与数据库中各指标规定范围对比分析，结合
现场实际工程条件与精细化的地质模型，优化相应防治措施，发出施工预警。该方法无需耗
费大量人力、物力对现场实际地形进行勘察，具有高效性以及精确性，能极大程度准确还原
城市地表建筑物、地形地貌情况，能够对实际地质地质情况进行精准还原，同时制定的多指
标分级预警方案能将现场实际与模型相结合，快速、准确、高效地制定相应控制措施，及时
控制施工风险。本方法将盾构隧道模型与地质模型结合，形成可视化盾构隧道地质模型，并
且可查看盾构隧道任意断面下与地层、地面建筑相对位置关系，方便查看实时隧道施工地
质概况及下穿建筑情况，以实时发出警示，并且提出多指标分级预警方案，结合现场监控量
测数据与精细化的地质模型，合理制定安全控制措施。

[0023] 进一步的，步骤1中，所述第一控制点选取现场中地表特征明显的特征点，所述第一控制点的坐标通过全站仪测定。

[0024] 进一步的，步骤2中的图像处理步骤包括：图片对齐、密集点云建立和纹理生成。

[0025] 其中，步骤2中具体操作为：

[0026] 将所述地表图像数据导入软件中，进行图像数据处理，生成点云模型，同时在软件中标定第一控制点，输入测得的第一控制点坐标，对点云模型进行精度优化并使其位于施
工坐标系下。

[0027] 进一步的，步骤3中所述钻孔数据包括：钻孔里程、孔口高程、钻孔坐标、底层名称和层底深度。

[0028] 进一步的，步骤3包括如下步骤：

[0029] 步骤3.1，将所述钻孔数据进行筛选整理，提取各岩层的层底深度、岩层信息和钻孔坐标；

[0030] 步骤3.2，将不同钻孔下的相同岩层坐标导入建模软件中，得到该岩层的第二控制点，然后采用相同方法得到所有岩层的第二控制点。

[0031] 将钻孔数据进行筛选整理，其具体步骤包括：设定钻孔坐标为坐标X、坐标Y，将钻孔数据中的层底深度的负值设定为坐标Z，并记录岩层名称；提取钻孔数据中的钻孔坐标、
各岩层的层底深度和岩层信息等数据。随后将每一岩层信息单独进行统计，输入对应钻孔
坐标X、Y。所述岩层坐标的x，y值与钻孔坐标相同，但z值不同。

[0032] 进一步的，步骤4包括如下步骤：

[0033] 步骤4.1，选取同一岩层中的第二控制点，利用基于空间插值的曲面拟合方法，模拟建立钻孔点的坐标，并有效拟合岩层面所有控制点，得到该岩层的岩层曲面模型。

[0034] 步骤4.2，拟合出所有岩层的岩层曲面模型，并最终得到地层模型。

[0035] 采用这样的方法，本发明通过采集实时航拍数据，建立精细化城市的地表模型。同时根据既有钻孔信息，利用空间插值的方法建立虚拟钻孔点，实现了岩层的精准拟合，使得
建立的地表、地层模型更加精细化。

[0036] 进一步的，步骤6包括如下步骤：

[0037] 步骤6.1，将隧道中线坐标导入建模软件中，拟合生成曲线，得到盾构隧道掘进曲线；

[0038] 步骤6.2，将盾构隧道外径轮廓以隧道中线基点为参考导入建模软件中，将其沿隧道中线拉伸，生成盾构隧道模型；

[0039] 步骤6.3，对盾构隧道模型利用布尔运算进行切割、组合和/或延长的操作，使得地表曲面形成整体，得到盾构隧道模型。

[0040] 进一步的，所有模型均建立在施工坐标系下。

[0041] 采用这样的方法，将所有模型置于施工坐标系下，无需对数据进行繁琐的处理。提高了工作效率。

[0042] 进一步的，步骤7中岩层着色包括如下步骤：改变岩层实体颜色、设置显示模型为半透明模式。

[0043] 进一步的，步骤8中，对地表曲面利用布尔运算进行切割、组合和/或延长的操作，使得地表曲面形成整体，得到城市的地表模型，生成的城市的地表曲面包括：导入地表模
型，嵌面生成地表曲面。

[0044] 进一步的，步骤10包括如下步骤：

[0045] 步骤10.1，依据《民用建筑设计通则》，对地表模型建筑物高度进行等级划分，依次分为低、中、高层建筑。同时参照《城镇燃气设计规范》，将地表建筑物密集程度划分为一级、
二级、三级、四级建筑物群。

[0046] 步骤10.2，将盾构沿线周围高层建筑区域、四级建筑物群区域与盾构穿越危险岩层区域结合，划定模型重点控制区域，并节选重点控制区域进行建模。

[0047] 进一步的，步骤11包括如下步骤：

[0048] 步骤11.1，沿地质模型横向生成横剖面；

[0049] 步骤11.2，沿隧道掘进方向移动横剖面，观察不同里程剖面图。

[0050] 进一步的，步骤12包括如下步骤：观察实时剖面图，判断盾构隧道与高层建筑及危险地层相对位置关系，在隧道即将穿越危险地层或高层建筑时发出预警。

[0051] 进一步的，步骤13包括如下步骤：

[0052] 根据《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911‑2013）、《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJT 202‑2013）可制定地表沉降、管片沉降、建（构）筑物沉降等预警评
判指标。

[0053] 步骤13.2，依据规范允许沉降值范围将施风险分为三级。一级风险时可谨慎进行施工作业；二级风险时则需提高施工警惕性，密切关注各项指标数据。同时，根据发生二级
风险对应里程断面，观察地质模型中其地层分布、地表起伏以及周边建筑物等详细信息，综
合分析施工风险因素，制定对应预防措施；当任一指标实际监控量测数值达到三级风险级
别时，则调取数据库中相应施工风险控制方案，发出施工预警，同时结合现场实际工程环境
与地质模型信息，合理选取地层加固区域，优化控制方案。

[0054] 进一步的，步骤2中的图像处理步骤包括：图片对齐、密集点云生成、网格建立、纹理生成；其中，步骤2中的导入控制点坐标处理步骤包括：模型控制点定位、模型坐标系转
换、导入全站仪测定坐标、检验坐标精度、校正坐标点。

[0055] 本发明的有益效果如下：

[0056] 1.本发明通过无人机航飞对城市地形地貌数据进行采集，建立精细化地表模型。由于城市地表存在大量建筑物，且城市地形地貌常因市政建设而改变，故传统提取等高线
建立地表模型方式无法直接应用于城市的地表模型建立。该方法无需耗费大量人力、物力
对现场实际地形进行勘察，具有高效性以及精确性，能极大程度准确还原城市地表建筑物、
地形地貌情况。

[0057] 2.本发明将城市的地表模型与基于勘探钻孔数据的地层模型结合，形成精细化的地质模型，对实际地质地质情况进行精准还原，方便后续设计和施工工作的进行。

[0058] 3.本发明将盾构隧道模型与地质模型结合，形成可视化盾构隧道地质模型，并且可查看盾构隧道任意断面下与地层、地面建筑相对位置关系，方便查看实时隧道施工地质
概况及下穿建筑情况，以实时发出预警，制定相应施工安全控制及措施。

[0059] 4.本发明制定多指标分级预警方案，对比分析现场监控量测数据与预警方案内容，结合现场工程条件以及精细化的地质模型，发出实时预警。选取合理地层加固区域，优
化控制方案。

附图说明

[0060] 图1为本发明的流程图；

[0061] 图2为本发明中的第二控制点放大图；

[0062] 图3为本发明中的单个岩层的岩层曲面模型；

[0063] 图4为本发明中的所有岩层的岩层曲面模型；

[0064] 图5为本发明中的地层轮廓模型；

[0065] 图6为本发明中盾构隧道地质模型；

[0066] 图7为本发明中的地表模型；

[0067] 图8为本发明中的精细化的地质模型；

[0068] 图9为本发明中的任意断面盾构隧道地质模型；

[0069] 图10为本发明中的合理地层加固区域。

具体实施方式

[0070] 显然，下面所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实
施例，都属于本发明保护的范围。

[0071] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了
便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、
“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说
明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。

[0072] 此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

[0073] 实施例1

[0074] 如图1‑图10所示，本实施例为综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，包括如下步骤：

[0075] 步骤1，利用无人机在目标区域采集其城市地表图像数据，然后再设定第一控制点；

[0076] 步骤2，处理步骤1中得到的地表图像数据，将其图像处理生成点云模型，并导入所述第一控制点的坐标；

[0077] 步骤3，采集所述现场的地质勘探的钻孔数据，然后将钻孔数据导入建模软件，形成相应的第二控制点；

[0078] 步骤4，对第二控制点进行空间插值，建立不同岩层曲面模型；

[0079] 步骤5，建立地质轮廓体，采用布尔运算对岩层曲面进行修剪，并利用岩层曲面分割地质轮廓体，生成不同岩层实体，形成岩层轮廓模型；

[0080] 步骤6，采集整理盾构隧道标准轮廓断面及隧道中线坐标，将标准轮廓断面沿隧道中线拉伸，形成盾构隧道模型；

[0081] 步骤7，探明对施工安全造成威胁的危险岩层，并将岩层轮廓模型中相应的危险岩层实体着色，以突出显示；

[0082] 步骤8，将步骤2中地表的点云模型导入建模软件中，生成城市的地表曲面，采用布尔运算按照所述地质轮廓体对所述城市的地表曲面进行操作，得到城市的地表模型；

[0083] 步骤9，调整所述地层轮廓模型和城市的地表模型的相对位置，并将上述两者与盾构隧道模型相结合，生成精细化的地质模型；

[0084] 步骤10，生成地质模型横剖面，将横剖面沿隧道掘进方向移动，生成地质模型不同的里程断面模型；

[0085] 步骤11，根据不同里程断面中的盾构隧道与危险岩层、地表高层建筑关系，发出施工预警；

[0086] 步骤12，根据施工预警具体内容，结合具体施工风险因素，做出相应预防措施。

[0087] 无人机采集图像时，选定航飞区域并设定好航线规划。可以快速地得到目标区域的地表图像数据，方便快捷。

[0088] 采用这样的方法，本发明将城市的地表模型与基于勘探钻孔数据的地层模型结合，形成精细化的地表地质模型，对实际地表地质情况进行精准还原；从而无须调集巨大人
力物力来对实际地质情况进行勘探。节约了成本，提升了效率。并且将城市的地表模型、基
于勘探数据的地层模型、盾构隧道模型结合，形成精细化的地质模型，，通过实时观察地质
模型不同里程断面中盾构隧道与危险地层及高层建筑相对位置关系，实时发出施工预警，
及时制定相应施工安全控制措施。该方法无需耗费大量人力、物力对现场实际地形进行勘
察，具有高效性以及精确性，能极大程度准确还原城市地表建筑物、地形地貌情况，能够对
实际地质地质情况进行精准还原，方便后续设计和施工工作的进行。本方法将盾构隧道模
型与地质模型结合，形成可视化盾构隧道地质模型，并且可查看盾构隧道任意断面下与地
层、地面建筑相对位置关系，方便查看实时隧道施工地质概况及下穿建筑情况，以实时发出
预警，制定相应施工安全控制及措施。

[0089] 步骤1中，所述第一控制点选取现场中地表特征明显的特征点，所述第一控制点的坐标通过全站仪测定。

[0090] 步骤2中的图像处理步骤包括：图片对齐、密集点云建立和纹理生成。

[0091] 其中，步骤2中具体操作为：

[0092] 将所述地表图像数据导入软件中，进行图像数据处理，生成点云模型，同时在软件中标定第一控制点，输入测得的第一控制点坐标，对点云模型进行精度优化并使其位于施
工坐标系下。

[0093] 步骤3中所述钻孔数据包括：钻孔里程、孔口高程、钻孔坐标、底层名称和层底深度。

[0094] 步骤3包括如下步骤：

[0095] 步骤3.1，将所述钻孔数据进行筛选整理，提取各岩层的层底深度、岩层信息和钻孔坐标；

[0096] 步骤3.2，将不同钻孔下的相同岩层坐标导入建模软件中，得到该岩层的第二控制点，然后采用相同方法得到所有岩层的第二控制点。

[0097] 将钻孔数据进行筛选整理，其具体步骤包括：设定钻孔坐标为坐标X、坐标Y，将钻孔数据中的层底深度的负值设定为坐标Z，并记录岩层名称；提取钻孔数据中的钻孔坐标、
各岩层的层底深度和岩层信息等数据。随后将每一岩层信息单独进行统计，输入对应钻孔
坐标X、Y。所述岩层坐标的x，y值与钻孔坐标相同，但z值不同。

[0098] 步骤4包括如下步骤：

[0099] 步骤4.1，选取同一岩层中的第二控制点，利用基于空间插值的曲面拟合方法，模拟建立钻孔点的坐标，并有效拟合岩层面所有控制点，得到该岩层的岩层曲面模型。

[0100] 步骤4.2，拟合出所有岩层的岩层曲面模型，并最终得到地层模型。

[0101] 采用这样的方法，本发明通过采集实时航拍数据，建立精细化城市的地表模型。同时根据既有钻孔信息，利用空间插值的方法建立虚拟钻孔点，实现了岩层的精准拟合，使得
建立的地表、地层模型更加精细化。

[0102] 步骤6包括如下步骤：

[0103] 步骤6.1，将隧道中线坐标导入建模软件中，拟合生成曲线，得到盾构隧道掘进曲线；

[0104] 步骤6.2，将盾构隧道外径轮廓以隧道中线基点为参考导入建模软件中，将其沿隧道中线拉伸，生成盾构隧道模型；

[0105] 步骤6.3，对盾构隧道模型利用布尔运算进行切割、组合和/或延长的操作，使得地表曲面形成整体，得到盾构隧道模型。

[0106] 所有模型均建立在施工坐标系下。

[0107] 采用这样的方法，将所有模型置于施工坐标系下，无需对数据进行繁琐的处理。提高了工作效率。

[0108] 步骤7中岩层着色包括如下步骤：改变岩层实体颜色、设置显示模型为半透明模式。

[0109] 步骤8中，对地表曲面利用布尔运算进行切割、组合和/或延长的操作，使得地表曲面形成整体，得到城市的地表模型，生成的城市的地表曲面包括：导入地表模型，嵌面生成
地表曲面。

[0110] 步骤10包括如下步骤：

[0111] 步骤10.1，沿地质模型横向生成横剖面；

[0112] 步骤10.2，开启剖面功能，沿隧道掘进方向移动横剖面，观察不同里程剖面图。

[0113] 步骤11包括如下步骤：观察实时剖面图，判断盾构隧道与高层建筑及危险地层相对位置关系，在隧道即将穿越危险地层或高层建筑时发出预警。

[0114] 步骤2中的图像处理步骤包括：图片对齐、密集点云生成、网格建立、纹理生成；其中，步骤2中的导入控制点坐标处理步骤包括：模型控制点定位、模型坐标系转换、导入全站
仪测定坐标、检验坐标精度、校正坐标点。

[0115] 所述步骤12中，预防措施包括：对相应地层进行预加固操作。

[0116] 本发明的有益效果如下：

[0117] 1.本发明通过无人机航飞对城市地形地貌数据进行采集，建立精细化地表模型。由于城市地表存在大量建筑物，且城市地形地貌常因市政建设而改变，故传统提取等高线
建立地表模型方式无法直接应用于城市的地表模型建立。该方法无需耗费大量人力、物力
对现场实际地形进行勘察，具有高效性以及精确性，能极大程度准确还原城市地表建筑物、
地形地貌情况。

[0118] 2.本发明将城市的地表模型与基于勘探钻孔数据的地层模型结合，形成精细化的地质模型，对实际地质地质情况进行精准还原，方便后续设计和施工工作的进行。

[0119] 3.本发明将盾构隧道模型与地质模型结合，形成可视化盾构隧道地质模型，并且可查看盾构隧道任意断面下与地层、地面建筑相对位置关系，方便查看实时隧道施工地质
概况及下穿建筑情况，以实时发出预警，制定相应施工安全控制及措施。

[0120] 4.本发明通过既有钻孔信息，利用空间插值的方法建立虚拟钻孔点，实现岩层的精准拟合，建立精细化地层模型。

[0121] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或
变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或
变动仍处于本发明创造的保护范围之中。