[发明专利]基于主动式全景视觉的隧道全断面高速动态健康检测装置与方法

权利要求书

1.一种基于主动式全景视觉的隧道全断面高速动态健康检测装置，包括隧道检测车和处理器，其特征在于，所述的隧道检测车包括在隧道轨道上行走的检测车本体，安装在检测车本体上的主动式全景视觉传感器、RFID读取器和测距轮；

所述的主动式全景视觉传感器包括同轴固定的全景激光投射光源和全方位视觉传感器，所述的全景激光投射光源用于为隧道内壁提供隧道断截面全景扫描光，所述的全方位视觉传感器用于采集隧道内壁的全景图像；

所述的全景激光投射光源包括底座，固定在底座上的圆圈形激光发射器，和用于反射圆圈形激光发射器发射出来的圆圈激光为隧道内壁提供隧道断截面全景扫描光的圆锥形镜面；

所述的RFID读取器，用于读取固定在隧道内壁上RFID内存储的隧道基准数据；

所述的测距轮，用于计算隧道检测车的行走距离；

所述的处理器，用于从所述的全景图像中解析出隧道横断面上的三维点云数据，并结合隧道检测车的行走距离重构出全隧道内壁三维模型，再将构建的全隧道内壁三维模型与初始的全隧道内壁三维模型进行对比，分析隧道形变量；

所述的处理器包括：

全方位视觉传感器标定单元，用于确定三维空间点和摄像机成像平面上的二维图像点之间映射关系的参数；

第J节隧道断面图像数据读取单元，用于将全隧道横断面激光扫描图像分段节按顺序读取并进行分析；

全方位面激光信息解析及点云数据获取单元，用于对J节内所有的移动距离Z_i的隧道横断面激光扫描图像进行处理，得到隧道内壁边缘点云数据；

隧道中轴线提取单元，用于根据隧道轴线绘制隧道纵向变形图，以便进行三维建模；

降噪及平差处理单元，用于进一步对所述的隧道轴线提取模块处理得到的隧道点云数据进行降噪及平差处理；

三维建模及变形分析单元，用于隧道变形可视化处理；

全隧道纵断面拼接单元，用于将全隧道的分段三维重构结果进行拼接；

位移监测和沉降监测单元，用于对隧道的整体位移和沉降有量化的度量；

隧道纵断面变移量三维可视化单元，用于对隧道的整体位移和沉降有量化的且可视化的表达。

2.一种基于权利要求1所述的隧道全断面高速动态健康检测装置的隧道全断面高速动态健康检测方法，其特征在于，包括步骤：

1)控制隧道检测车在隧道轨道上行走，采用全景激光投射光源为隧道内壁提供隧道断截面全景扫描光，并通过全方位视觉传感器采集隧道横断面激光扫描图像，同时利用RFID读取器读取固定在隧道内壁上RFID内存储的隧道基准数据；

2)估算出隧道检测车的行车距离，并将隧道横断面激光扫描图像与行车距离关联储存；

3)从隧道横断面激光扫描图像中解析出隧道横断面上全景激光投射点的空间坐标位置值，即隧道横断面上的三维点云数据；

4)根据所述的行车距离和对应的三维点云数据，重构出全隧道内壁三维模型；

5)将构建的全隧道内壁三维模型与最初构建的全隧道内壁三维模型进行对比，分析隧道形变量。

3.如权利要求2所述的隧道全断面高速动态健康检测方法，其特征在于，将全隧道分为若干节，用h(j)作为节的变量，h(j)与隧道检测车沿隧道纵向方向上的移动距离Z_i之间的关系用公式(16)表示，

h(j)＝INT(Z_i/10)+1(16)

在选取了某一节h(j)后，根据公式(16)得到该节中所包含的移动距离Z_i，然后以该节中所有的移动距离Z_i作为文件名从所述的全隧道横断面激光扫描图像库中读取隧道横断面激光扫描图像。