随着国内城市地铁项目的增多,因出土量控制不当引起的超挖和欠挖事故时有发生,造成了重大的经济和人员损失。若能在地铁施工中获取渣土的动态体积,对盾构施工的超挖和欠挖现象的控制具有重要的意义,然而实际施工中渣土体积的准确实时测量到目前为止还是采用人工计量模式,针对此现象,本文提出了一种基于散斑结构光成像的地铁盾构渣土量自动测量系统为地铁盾构安全施工提供了理论依据和技术实现依据。主要研究内容如下:(1)基于动态光照方程变分光流模型建立了渣土车运行速度估计方法。考虑到地铁隧道渣土车运行中渣土表面光照强度无法满足传统恒定光流速度估计的假设条件,提出了基于动态光照方程变分光流法的渣土车运行速度估计算法,并通过实验测试本方法的实时性。(2)基于散斑结构光成像原理建立了渣土车表面动态扫描模型。针对渣土车表面形貌需要快速重建的需求,考虑到静态编码结构光需要多重参数校准,无法满足实时重构的要求,提出了基于双目成像的散斑结构光的渣土车表面动态扫描模型,以满足渣土车能在通过测试点内快速三维成像的要求;针对单目结构光无法获取渣土车表面完整形貌的缺点,提出了基于最小能量为代价函数的立体匹配算法提取渣土车双目图像的视差值,建立了基于立体匹配算法的渣土点云数据获取方法;针对渣土车点云扫描中的数据缺失空洞问题,提出了层次B样条的插值方法,解决了点云数据的缺失问题,最后通过实验证明了该方法的可行性。(3)基于曲率约束的点云分割和图像信息的点云拼接方法建立了渣土车体积计算模型。针对渣土表面特征变化大、渣土车车边缘特征曲率变化缓慢且成规律的特征,提出了基于曲率约束的渣土车点云图像分割方法,提取了渣土车边缘点云信息;针对单纯的依靠点云信息或者图像信息无法实现渣土点云准确拼接的问题,提出了基于改进的全局迭代法的渣土车点云拼接算法实现了渣土点云的快速拼接,通过对比实验验证了本算法的高效率和准确性;为提高渣土体积测量的准确性,提出改变四面体网格结构步长参数的渣土点云体积计算算法,最后通过模拟实验验证了本算法的准确性。(4)基于散斑结构光成像的地铁盾构渣土量自动测量系统实验平台的搭建与测试。以西安市在建地铁项目为例,从工程应用的角度,系统地进行基于散斑结构光成像的地铁盾构渣土量自动测量系统的研究工作,验证并完善本文提出的点云数据处理算法和地铁盾构渣土量的自动测量,为地铁盾构施工工程的科学设计和安全施工提供了科学依据。