一種隧道橫斷面形狀測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于隧道橫斷面測量領域，公開了一種隧道橫斷面形狀測量裝置。該隧道橫斷面形狀測量裝置，包括：交換機、數據采集卡、工控機、車輛、第一激光掃描雷達、第二激光掃描雷達、第三激光掃描雷達、第四激光掃描雷達、增量式旋轉編碼器；第一激光掃描雷達、第四激光掃描雷達對應垂直朝向隧道的上頂面和下底面，第二激光掃描雷達、第三激光掃描雷達對應水平朝向隧道的左側面和右側面；第一激光掃描雷達、第二激光掃描雷達和第三激光掃描雷達位于同一豎直平面內；第一激光掃描雷達、第二激光掃描雷達、第三激光掃描雷達、第四激光掃描雷達均通過交換機電連接工控機，增量式旋轉編碼器通過數據采集卡電連接工控機。
【專利說明】一種隧道橫斷面形狀測量裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及隧道橫斷面測量領域，尤其涉及一種隧道橫斷面形狀測量裝置。【背景技術】
[0002]在隧道工程竣工時，為了檢驗隧道的施工是否符合設計要求，同時也為下一步的設備安裝和運營管理提供基礎信息，通常需要對隧道的橫斷面形狀進行測量。另外在對既有隧道進行改造時，需要檢測隧道襯砌內輪廓是否滿足目前的技術要求，因此也需要對隧道的橫斷面形狀進行測量。
[0003]以往在對隧道橫斷面形狀的測量過程中，通常人工測量方法，例如使用釣魚法或倒尺法。但是這兩種測量方法都存在一定的局限性，例如采用人工測量，效率低下；需要保持垂球靜止或水準尺垂直，從而導致很難找到準確的斷面點；橫斷面采集點的數量有限，影響隧道橫斷面形狀測量的精確性等。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在于提出一種隧道橫斷面形狀測量裝置。該隧道橫斷面形狀測量裝置具有控制準確、響應迅速的特點，適合在隧道檢測上使用。
[0005]為實現上述技術目的，本實用新型采用如下技術方案予以實現。
[0006]一種隧道橫斷面形狀測量裝置，包括:交換機、數據采集卡、工控機、用于沿隧道車道中心線行駛的車輛、安裝在車輛尾部的上表面的第一激光掃描雷達、安裝在車輛尾部的左側面的第二激光掃描雷達、安裝在車輛尾部的右側面的第三激光掃描雷達、安裝在車輛的后表面的第四激光掃描雷達、固定在車輛的一個后輪的轉軸上的增量式旋轉編碼器；其中，第一激光掃描雷達、第四激光掃描雷達對應垂直朝向隧道的上頂面和下底面，第二激光掃描雷達、第三激光掃描雷達對應水平朝向隧道的左側面和右側面；第一激光掃描雷達、第二激光掃描雷達和第三激光掃描雷達位于同一豎直平面內；
[0007]所述第一激光掃描雷達、第二激光掃描雷達、第三激光掃描雷達、第四激光掃描雷達分別電連接交換機的輸入端，所述交換機的輸出端電連接所述工控機；所述增量式旋轉編碼器通過數據采集卡電連接所述工控機。
[0008]本實用新型的特點和進一步改進在于:
[0009]所述第一激光掃描雷達、第二激光掃描雷達、第三激光掃描雷達和第四激光掃描雷達具有相同的采樣頻率。
[0010]所述第一激光掃描雷達位于車輛的上表面的橫向中心線上，所述第二激光掃描雷達位于車輛的左側面的橫向中心線上，第三激光掃描雷達位于車輛的右側面的橫向中心線上，所述第四激光掃描雷達位于車輛的后表面的縱向中心線上。
[0011]所述隧道橫斷面形狀測量裝置還包括固定在車輛內部的機柜，所述交換機、數據采集卡和工控機均固定安裝在機柜內部。
[0012]本實用新型的有益效果為:該隧道橫斷面形狀測量裝置具有控制準確、響應迅速的特點，適合在隧道檢測上使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的一種隧道橫斷面形狀測量裝置的電氣連接示意圖；
[0014]圖2為本實用新型的一種隧道橫斷面形狀測量裝置的右視示意圖；
[0015]圖3為本實用新型的一種隧道橫斷面形狀測量裝置的局部后視示意圖；
[0016]圖4為本實用新型的一種隧道橫斷面形狀測量裝置的工作過程示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明:
[0018]本實用新型實施例提出了一種隧道橫斷面形狀測量裝置。該隧道橫斷面形狀測量能夠實時準確的對隧道的橫斷面的形狀進行測量，從而為隧道的驗收以及改建提供必要的技術支持。
[0019]參照圖1，為本實用新型的一種隧道橫斷面形狀測量裝置的電氣連接示意圖；參照圖2，為本實用新型的一種隧道橫斷面形狀測量裝置的右視示意圖；參照圖3，為本實用新型的一種隧道橫斷面形狀測量裝置的局部后視示意圖。本實用新型實施例中，采用車輛1作為隧道橫斷面形狀的測量平臺，并在箱式車輛1安裝四個激光掃描雷達以及一個增量式旋轉編碼器7。例如，車輛1為箱式車輛。采用四個具有相同采樣頻率的激光掃描雷達對應采集隧道上頂面、左側面、右側面和下底面的輪廓信息，并將該信息以點云數據的形式實時傳送給高性能的工控機9 ;同時增量式旋轉編碼器7實時地采集車輛1的行駛速度信息，并將該信息通過串口實時傳送給高性能的工控機9。工控機9接收完所有數據后，根據接收的點云數據計算得出隧道所有采樣點的橫斷面形狀，根據所接收的行駛速度計算得出所有的采樣距離。然后根據計算得到的隧道橫斷面形狀以及與之相對應的采樣距離，在三維直角坐標系中將其描繪出來后，便可以直觀的顯示出隧道橫斷面的形狀。這種隧道橫斷面形狀測量裝置具有控制準確、響應迅速的特點，適合在隧道檢測上使用。
[0020]參照圖2和圖3，本實用新型實施例中，車輛1用于沿著隧道中心線從隧道入口向隧道出口行駛。四個激光掃描雷達分別為第一激光掃描雷達2、第二激光掃描雷達3、第三激光掃描雷達4和第四激光掃描雷達5，這四個激光掃描雷達用于對應采集隧道上頂面、左側面、右側面和下底面的輪廓曲線點云數據。第一激光掃描雷達2、第二激光掃描雷達3、第三激光掃描雷達4和第四激光掃描雷達5的型號相同，從而保證這四個激光掃描雷達具有相同的采樣頻率，這樣四個激光掃描雷達可以在采樣點同時工作，從而可以得到每個采樣點對應的橫斷面的輪廓曲線點云數據。例如，第一激光掃描雷達2、第二激光掃描雷達3、第三激光掃描雷達4和第四激光掃描雷達5均為H0KUY0公司的UXM-30LX-EW激光掃描雷達，四個激光掃描雷達的采樣頻率為20Hz。在這四個激光掃描雷達中，第一激光掃描雷達2固定安裝在車輛1尾部的上表面的橫向中心線上，第二激光掃描雷達3固定安裝在車輛1尾部的左側面的橫向中心線上，第三激光掃描雷達4固定安裝在車輛1尾部的右側面的橫向中心線上，第四激光掃描雷達5固定安裝在車輛1的后表面的縱向中心線上。當車輛1位于隧道入口處的車道中心線時，第四激光掃描雷達5距離隧道下底面的垂直高度與第一激光掃描雷達2距離隧道上頂面的垂直高度相等。第一激光掃描雷達2、第四激光掃描雷達5對應垂直朝向隧道的上頂面和下底面，第二激光掃描雷達3、第三激光掃描雷達4對應水平朝向隧道的左側面和右側面。四個激光掃描雷達通過發射激光來采集隧道橫斷面的輪廓曲線點云數據。第一激光掃描雷達2、第二激光掃描雷達3和第三激光掃描雷達4位于同一豎直平面內，第四激光掃描雷達5與該豎直平面的距離小于20cm，可以近似認為第四激光掃描雷達5與其余三個激光掃描雷達位于同一豎直平面內。第四激光掃描雷達5與該豎直平面的距離小于20cm，通過在后續的數據處理時進行平移修正，使得第四激光掃描雷達5所采集的數據與其余三個激光掃描雷達所采集的數據位于同一豎直平面內。工控機在接收到這些數據后，將第四激光掃描雷達5的點云數據進行平移后，再采用圖像拼接方法就可以得出對應的隧道橫斷面的形狀。這樣在每個采樣點，四個激光掃描雷達就可以采集對應的橫斷面(即上述豎直平面)的輪廓曲線點云數據，工控機在接收到這些數據后，采用圖像拼接方法就可以得出對應的橫斷面的形狀。
[0021]參照圖1，本實用新型實施例中，還設置有交換機6，在進行電氣連接時，將上述四個激光掃描雷達的輸出端與交換機6相連接，將交換機6通過網線與工控機9的網口相連接。交換機用于實現四個激光掃描雷達與工控機之間的數據傳輸。本實用新型實施例中，四個相同的激光掃描雷達和交換機6構成了橫斷面數據采集單元。
[0022]參照圖1和圖2，本實用新型實施例中，在車輛1的一個后輪的轉軸上固定有增量式旋轉編碼器7，具體地說，增量式旋轉編碼器7以同軸套接的方式固定在后輪的轉軸上。該增量式旋轉編碼器7實時采集車輛1的行駛速度，具體地說，增量式旋轉編碼器7實時的將測量車的行駛車速轉換成周期性的脈沖信號，然后通過對單位時間內的脈沖信號進行計數，即可反向計算出車輛1的行駛速度。本實用新型實施例中，還設置有數據采集卡8，在進行電氣連接時，將增量式旋轉編碼器7的輸出端與數據采集卡相連接，將數據采集卡8通過串口線與工控機9計算單元的串口相連接。在車輛1向前行駛的過程中，增量式旋轉編碼器7將脈沖信號發送至數據采集卡8，數據采集卡8通過記錄單位時間內增量式旋轉編碼器7所發送的脈沖信號數，計算得到車輛1的實時行駛速度，并將該實時行駛速度發送至工控機9。本實用新型實施例中，增量式旋轉編碼器7和數據采集卡8構成車速采集單元。
[0023]本實用新型實施例中，工控機9用于存儲交換機6和數據采集卡8所傳送過來的數據，然后根據上述數據計算得到隧道橫斷面的三維形狀并將其在三維直角坐標系中描繪出來。工控機9工作的具體過程如下:當車輛1行駛完隧道全程后，工控機9接收交換機6所傳送過來的輪廓曲線點云數據，對第四激光掃描雷達5的點云數據進行平移，對每個采樣點的四組輪廓曲線點云數據(分別為隧道上頂面、左側面、右側面和下底面的輪廓曲線點云數據)進行圖像拼接，從而得到隧道所有采樣點對應的橫斷面的形狀。工控機9接收數據采集卡8傳送過來的車輛1的實時行駛速度，根據實時行駛速度計算得出采樣點對應的采樣距離。例如，在某個采樣點車輛1的實時行駛速度為V，四個激光掃描雷達的采樣頻率為f,則該采樣點對應的采樣距離為V/f。最后，工控機9將每個采樣點對應的采樣距離以及每個采樣點對應的橫斷面的形狀在三維直角坐標系中描述出來，從而可以直觀的展現出隧道橫斷面的三維形狀。例如，在三維直角坐標系中，每個采樣點對應的橫斷面垂直于X軸，將第1個采樣點對應的橫斷面的X軸坐標值設為0。然后根據每個采樣點對應的采樣距離依次在對應的X軸坐標處描繪對應的橫斷面的形狀。
[0024]本實用新型實施例中，還設置有機柜10，機柜10固定在車輛1內部。交換機6、數據采集卡8和工控機9均固定安裝在機柜10內部。這樣在車輛1行駛時，交換機6、數據采集卡8和工控機9均不會因為晃動而造成數據傳輸失敗，提高了該隧道橫斷面形狀測量裝置的可靠性。
[0025]參照圖4，為本實用新型的一種隧道橫斷面形狀測量裝置的工作過程示意圖。該隧道橫斷面形狀測量裝置的工作過程如下:車輛1沿著隧道車道中心線從隧道入口處向隧道出口處行駛；四個激光掃描雷達依次對第1采樣點至第N采樣點的橫截面輪廓曲線點云數據進行采集，在每個采樣點，第一激光掃描雷達2采集對應的橫截面的上輪廓曲線點云數據，第二激光掃描雷達3采集對應的橫截面的左輪廓曲線點云數據，第三激光掃描雷達4采集對應的橫截面的右輪廓曲線點云數據，第四激光掃描雷達5采集對應的橫截面的下輪廓曲線點云數據。四個激光掃描雷達將采集到的點云數據通過交換機實時傳輸至工控機。增量式旋轉編碼器7實時的將車輛的行駛車速轉換成周期性的脈沖信號，增量式旋轉編碼器7將脈沖信號發送至數據采集卡8，數據采集卡8通過記錄單位時間內增量式旋轉編碼器7所發送的脈沖信號數，計算得到車輛1的實時行駛速度(包括每個采樣點對應的車輛的行駛速度)，并將該實時行駛速度發送至工控機9。當車輛1行駛完隧道全程后，數據采集工作即告結束。這時，工控機9對第四激光掃描雷達5的采樣數據進行相應的數據平移后，然后對每個采樣點對應的橫截面的上輪廓曲線點云數據、左輪廓曲線點云數據、右輪廓曲線點云數據、下輪廓曲線點云數據進行圖像拼接，從而得到隧道每個采樣點對應的橫斷面的形狀。同時，工控機9根據每個采樣點對應的車輛1的行駛速度，計算得出采樣點對應的采樣距離。例如，在某個采樣點車輛1的實時行駛速度為V，四個激光掃描雷達的采樣頻率為f，則該采樣點對應的采樣距離為V/f。最后，工控機9將每個采樣點對應的采樣距離以及每個采樣點對應的橫斷面的形狀在三維直角坐標系中描述出來，從而可以直觀的展現出隧道橫斷面的三維形狀。例如，在三維直角坐標系中，每個采樣點對應的橫斷面垂直于X軸，將第1個采樣點對應的橫斷面的X軸坐標值設為0。然后根據每個采樣點對應的采樣距離依次在對應的X軸坐標處描繪對應的橫斷面的形狀。
[0026]顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
【權利要求】
1.一種隧道橫斷面形狀測量裝置，其特征在于，包括:交換機(6)、數據采集卡(8)、工控機(10)、用于沿隧道車道中心線行駛的車輛(I)、安裝在車輛(I)尾部的上表面的第一激光掃描雷達(2 )、安裝在車輛(I)尾部的左側面的第二激光掃描雷達(3 )、安裝在車輛(I)尾部的右側面的第三激光掃描雷達(4)、安裝在車輛(I)的后表面的第四激光掃描雷達(5)、固定在車輛(I)的一個后輪的轉軸上的增量式旋轉編碼器(7);其中，第一激光掃描雷達(2)、第四激光掃描雷達(5)對應垂直朝向隧道的上頂面和下底面，第二激光掃描雷達(3)、第三激光掃描雷達(4)對應水平朝向隧道的左側面和右側面；第一激光掃描雷達(2)、第二激光掃描雷達(3)和第三激光掃描雷達(4)位于同一豎直平面內； 所述第一激光掃描雷達(2)、第二激光掃描雷達(3)、第三激光掃描雷達(4)、第四激光掃描雷達(5 )分別電連接交換機(6 )的輸入端,所述交換機(6 )的輸出端電連接所述工控機(9);所述增量式旋轉編碼器(7)通過數據采集卡(8)電連接所述工控機(9)。
2.如權利要求1所述的一種隧道橫斷面形狀測量裝置，其特征在于，所述第一激光掃描雷達(2)、第二激光掃描雷達(3)、第三激光掃描雷達(4)和第四激光掃描雷達(5)具有相同的采樣頻率。
3.如權利要求1所述的一種隧道橫斷面形狀測量裝置，其特征在于，所述第一激光掃描雷達(2)位于車輛(I)的上表面的橫向中心線上，所述第二激光掃描雷達(3)位于車輛(I)的左側面的橫向中心線上，第三激光掃描雷達(4)位于車輛(I)的右側面的橫向中心線上，所述第四激光掃描雷達(5)位于車輛(I)的后表面的縱向中心線上。
4.如權利要求1所述的一種隧道橫斷面形狀測量裝置，其特征在于，還包括固定在車輛(I)內部的機柜(10)，所述交換機(6)、數據采集卡(8)和工控機(9)均固定安裝在機柜(10)內部。
【文檔編號】G01B11/24GK203479269SQ201320608168
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】陳生客, 韓毅, 項媛媛, 陳禮奔 申請人:上海嘉玨實業有限公司