[发明专利]动态三维隧道断面形变检测及分析系统、方法及装置

权利要求书

1.一种动态三维隧道断面形变检测及分析系统，其特征在于，所述系统包括：检测装置、全站仪以及微处理器，

所述检测装置，用于在移动过程中进行数据采集；

所述全站仪，用于当所述检测装置在轨道上移动时，跟踪并确定所述检测装置的轨迹数据；

所述微处理器，位于所述检测装置上，与所述全站仪连接，用于储存并分析所述检测装置和所述全站仪各自获取的数据。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述检测装置包括：车载平台、扫描仪、倾角仪、棱镜以及车轮，

所述扫描仪位于所述车载平台上，用于采集隧道断面信息以及轨道断面信息，以获取点云数据集；

所述倾角仪，位于所述车载平台上，用于获取所述检测装置的二维姿态数据；

所述全站仪，用于当所述车载平台在轨道上移动时，跟踪并获取所述棱镜的三维坐标，并基于所述三维坐标确定所述检测装置的三维坐标，以确定所述检测装置的轨迹数据；其中，所述棱镜与所述车载平台上的所述扫描仪连接；所述棱镜的三维坐标与所述检测装置的坐标具有一一对应的关系；

所述车轮位于所述车载平台的下方，所述车轮用于带动所述车载平台在所述隧道的轨道上移动；

所述微处理器，还与所述扫描仪、所述倾角仪分别连接，所述微处理器包括：同步定位装置、三维空间信息重建装置、数据处理装置以及界限分析装置，

所述同步定位装置，与所述扫描仪、所述倾角仪以及所述全站仪分别连接，用于以所述倾角仪产生的脉冲信号为同步信号，将所述二维姿态数据以及所述轨迹数据进行数据同步整合，生成定位信息；

所述三维空间信息重建装置，与所述同步定位装置以及所述扫描仪连接，用于基于所述点云数据集以及所述定位信息生成所述隧道的三维空间信息数据集；

所述数据处理装置，与所述三维空间信息重建装置连接，用于根据所述三维空间信息数据集对所述隧道进行形变分析；

所述界限分析装置，与所述扫描仪连接，用于将所述点云数据集去噪后拟合成圆，并确定所述圆的圆心坐标；若所述圆心坐标到所述扫描仪采集的隧道断面以及轨道断面数据的距离小于所述圆心坐标到预设限界轮廓的距离，则确定发生侵界现象。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述倾角仪，用于产生并向所述全站仪、所述扫描仪以及所述同步定位装置发送所述脉冲信号；且每产生一次脉冲信号，则记录一次当前的二维姿态数据；并将记录的二维姿态数据发送至所述同步定位装置；

所述全站仪，用于每接收到一次脉冲信号，则记录一次当前的轨迹数据；并将记录的轨迹数据发送至所述同步定位装置；

所述同步定位装置，用于基于所述脉冲信号，将记录的轨迹数据以及记录的二维姿态数据合并，以生成所述定位信息。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述扫描仪，用于每接收到一次脉冲信号，则记录一次当前获取的点云数据集；并将记录的点云数据集发送至所述三维空间信息重建装置；

所述三维空间信息重建装置，用于将接收到的点云数据集与所述定位信息合并，以生成所述三维空间信息数据集。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述检测装置还包括：设置在一侧车轮上的固定顶紧结构与设置在另一侧车轮上的浮动顶紧结构，所述固定顶紧结构和所述浮动顶紧结构构成安全限位系统，用于防止所述检测装置脱轨。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述检测装置还包括：与所述车载平台连接的支撑架，

所述扫描仪安装在所述支撑架上，所述支撑架的高度能够进行调节。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述车载平台为“工”字型车载平台，包括两根长横梁以及连接两根长横梁中点的短横梁，所述支撑架安装在所述短横梁的中心处，所述倾角仪安装在所述车载平台前侧一长横梁的中心处。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述检测装置还包括：供电装置，

所述供电装置，与所述扫描仪、倾角仪、全站仪、微处理器以及分别连接，用于提供工作电压。