地下洞室三維空間精細測量系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于地下空間測量技術領域，特別涉及一種地下洞室三維空間精細測量系 統。
【背景技術】
[0002] 地下洞室的三維空間測量，國內外有很多方法，比如聲波測量，近景攝影測量，激 光全站儀，激光掃描儀三維測量等方法。
[0003] 對于大多數地下工程，洞室群空間布置復雜，單個洞室尺寸很大，洞室結構形狀復 雜，尤其對于無襯砌的地下洞室，巖面凸凹不平，迫切需要三維空間精細測量。而目前的方 法，如果進行精細測量，會大大增加外業和內業的勞動強度。目前的三維掃描設備雖然可以 快速測量大范圍空間，點云精度可達幾個毫米，點云密度很大，但是，在三維掃描設備近距 區域內點云很密，遠距區域點云十分稀疏。并且，隨著掃描距離和入射角的增大，點云數據 的精度和反射強度的精度都受到很大的影響，不太適合三維空間精細測量。
[0004] 目前，絕大多數的地下工程，都屬于線狀結構，縱向尺寸遠遠大于斷面尺寸，并且 斷面幾何特征明顯，且沿縱向變化不大。針對線狀結構的測量，目前市場上已經存在車載的 移動測量系統，在車輛高速前進時，借助于慣性導航模塊或者GPS模塊進行位置的三維定 位，同時借助激光掃描儀和攝影技術進行實景的三維信息獲取和存儲，采集速度快，采集信 息豐富，使用方便，但是，GPS的定位精度嚴重依賴于GPS信號的實時性和可見性，對于地下 工程，往往GPS信號缺失，而慣性導航模塊隨著距離增加，累計誤差會越來越大。并且，針對 地下工程，其他的定位方法比如基于RFID射頻信號的定位，基于Wi-Fi網絡信號的定位等 技術需要布設基站和線路且精度不高，也不大適合三維空間精細測量。
[0005] 并且，現有的測量方法大都外業和內業分離，首先進行外業的數據采集，然后回到 室內，進行數據的處理和分析，大大增加了工時，并且，數據處理中發現測量錯誤或不足時， 無法復測或補測，對數據的后續分析和有效利用帶來困難。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的是提供一種地下洞室三維空間精細測量系統，其特征在于，所述三 維空間精細測量系統包括導軌支架裝置、激光掃描傳感器，導軌運動控制裝置，供電裝置， 主控計算機，無線接入點和平板電腦；其中，激光掃描傳感器19,導軌運動控制裝置，供電 裝置，主控計算機16,無線接入點17,平板電腦18等組成。其中，導軌支架裝置由水平橫梁 2下面固定兩個豎向支撐3,每個豎向支撐3再與地腳4固定在一起形成；一個水平主梁1 放在兩個導軌支架裝置的水平橫梁2上，兩個氣泡水準儀5分別放在水平主梁1兩頭，兩個 限位開關9分別固定在傳動皮帶6的兩端，兩個定位靶標10分別固定在限位開關9頂部， 傳動皮帶6套在水平主梁1右端的導輪和左端的步進電機8轉動軸上，滑塊7固定在傳動 皮帶6的一處，并傳動皮帶6帶動在水平主梁1上表面滑動；激光掃描傳感器19固定在激 光掃描傳感器適配器20上，激光掃描傳感器適配器20與滑塊7固定；
[0007] 所述導軌運動控制裝置由運動控制器11和步進電機驅動器12組成，步進電機驅 動器12與步進電機8連接；主控計算機16與運動控制器11連接，提供測量系統的精確定 位；
[0008] 所述供電裝置包括24V直流蓄電池組13,為蓄電池組13充電的電源適配器14和 插座15,蓄電池組13為運動控制器11，步進電機驅動器12,主控計算機16和無線接入點 17提供電力；
[0009] 所述主控計算機16包括導軌運動控制模塊、掃描參數設置模塊、掃描控制模塊、 測量數據預處理模塊和測量數據處理模塊，控制整個測量系統工作；
[0010] 所述無線接入點和平板電腦，無線接入點17為主控計算機16,激光掃描傳感器19 以及平板電腦18之間提供無線連接，提供無線信號覆蓋；平板電腦18實時監控主控計算機 16和激光掃描傳感器19的工作狀態，并實時顯示三維空間測量數據。
[0011] 所述地腳4和氣泡水準儀5聯合調節導軌支架裝置高度，使水平主梁1保持水平 狀態。
[0012] 所述限位開關控制激光掃描傳感器19在導軌上的行程起止位置；定位靶標10為 測量系統提供外部地理參考，在室外環境下通過在定位靶標10頂部安裝GPS接收器確定其 地理參考，室內和地下空間下通過激光全站儀為定位靶標10提供地理參考。
[0013] 所述激光掃描傳感器為激光掃描儀，或者激光斷面儀，要求有無線局域網接口，市 場上均有銷售。測量時，實時發射激光、接收激光，利用飛行時原理對三維空間的斷面輪廓 進行精細掃描，并實時返回斷面輪廓的距離信息，角度信息和強度信息，完成斷面的精細測 量。
[0014] 所述導軌支架裝置為鋁合金型材。
[0015] 本發明的有益效果是本精細測量系統為主動非接觸測量，測量速度快，測量精度 高，測量點云密度大且空間分布均勻，內業外業可同時進行，大大節約測量時間。三維空間 定位精度可以達到1~3mm，可以保證斷面之間間距3~5mm，斷面測點間距6mm。距離精度 2mm，最大測量距離120m，完成一個斷面的精細測量僅需要Is。
【附圖說明】
[0016] 圖1為斷面精細測量系統示意圖。
[0017] 圖中，1 一水平主梁，2 -水平橫梁，3 -豎向支撐，4 一地腳，5 -氣泡水準儀，6 - 傳動皮帶，7 -滑塊，8 -步進電機，9 一限位開關，10 -定位革E標，11 一運動控制器，12 -步 進電機驅動器，13 -蓄電池組，14 一電源適配器，15 -充電插頭，16 -主控計算機，17 -無 線接入點，18 -平板電腦，19 一激光掃描傳感器，20 -激光掃描傳感器連接適配器。
【具體實施方式】
[0018] 本發明提供一種地下洞室三維空間精細測量系統；下面結合附圖及實施方式作進 一步詳細描述：
[0019] 圖1為斷面精細測量系統示意圖。圖中三維空間精細測量系統包括導軌支架裝 置、激光掃描傳感器，導軌運動控制裝置，供電裝置，主控計算機，無線接入點和平板電腦； 其中，激光掃描傳感器19,導軌運動控制裝置，供電裝置，主控計算機16,無線接入點17,平 板電腦18等組成。其中，導軌支架裝置為鋁合金型材制造，由水平橫梁2下面固定兩個豎 向支撐3,每個豎向支撐3再與地腳4固定在一起形成；一個水平主梁1放在兩個導軌支架 裝置的水平橫梁2上，兩個氣泡水準儀5分別放在水平主梁1兩頭，兩個限位開關9分別固 定在傳動皮帶9的兩端，兩個定位祀標10分別固定在限位開關9頂部，傳動皮帶6套在水 平主梁1右端的導輪和左端的步進電機8轉動軸上，滑塊7固定在傳動皮帶6的一處，并傳 動皮帶6帶動在水平主梁1上表面滑動；激光掃描傳感器19固定在激光掃描傳感器適配器 20上，激光掃描傳感器適配器20與滑塊7固定，就可以在導軌軌道上做往復直線運動。
[0020] 所述導軌運動控制裝置由運動控制器11和步進電機驅動器12組成，步進電機驅 動器12與步進電機8連接；主控計算機16與運動控制器11連接，提供測量系統的精確定 位。
[0021] 所述供電裝置包括24V直流蓄電池組13,為蓄電池組13充電的電源適配器14和 插座15。蓄電池組13為運動控制器11，步進電機驅動器12,主控計算機16和無線接入點 17提供電力；
[0022] 所述主控計算機16包括導軌運動控制模塊、掃描參數設置模塊、掃描控制模塊、 測量數據預處理模塊和測量數據處理模塊，控制整個測量系統工作；掃描控制模塊主要完 成掃描過程的實時控制，包括掃描儀的啟動，停止，開始掃描，停止掃描，掃描儀的定位等。 測量數據預處理模塊主要完成測量數據的下載，過濾，存儲至數據庫工作。測量數據處理模 塊根據實際工程需求，建立三維模型，計算分析等工作。
[0023] 所述無線接入點和平板電腦，無線接入點17為主控計算機16,激光掃描傳感器19 以及平板電腦18之間提供無線連接，提供無線信號覆蓋；平板電腦18顯示測量系統的實時 監控和數據。
[0024] 所述導軌運動控制裝置由運動控制器11和步進電機驅動器12組成，步進電機驅 動器12與步進電機8連接；主控計算機16與運動控制器11連接，提供測量系統的精確定 位。
[0025] 所述供電裝置包括24V直流蓄電池組13,為蓄電池組13充電的電源適配器14和 插座15。蓄電池組13為運動控制器11，步進電機驅動器12,主控計算機16和無線接入點 17提供電力；
[0026] 所述主控計算機16包括導軌運動控制模塊、掃描參數設置模塊、掃描控制模塊、 測量數據預處理模塊和測量數據處理模塊，控制整個測量系統工作；
[0027] 所述無線接入點和平板電腦，無線接入點17為主控計算機16,激光掃描傳感器19 以及平板電腦18之間提供無線連接，提供無線信號覆蓋；平板電腦18實時監控主控計算機 16和激光掃描傳感器19的工作狀態，并實時顯示三維空間測量數據。
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