[发明专利]基于三维激光扫描的隧道内面检测装置及方法

权利要求书

1.基于三维激光扫描的隧道内面检测装置，其特征在于：包括无人机、三维激光扫描仪、中控平台和若干套光学引导系统：

无人机，具有规划路径、遥控和悬停功能，无人机上具有遥控接收器，无人机上还安装有电子激光靶；

三维激光扫描仪，安装于无人机上；

光学引导系统，包括支架、激光器和高精度旋转台，高精度旋转台安装在支架上，电子激光靶连接有信号发射器，激光器安装在高精度旋转台上；

中控平台，包括分析模块、控制模块、信号接收器和遥控发射器，高精度旋转台和遥控发射器与控制模块电连接，分析模块与信号接收器、控制模块电连接。

2.根据权利要求2所述的基于三维激光扫描的隧道内面检测装置，其特征在于：还包括蓄电池，蓄电池安装在无人机上。

3.根据权利要求3所述的基于三维激光扫描的隧道内面检测装置，其特征在于：电子激光靶的靶心处设有遮光块。

4.应用权利要求1～3任一项所述的检测装置的基于三维激光扫描的隧道内面检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

BIM建模：将隧道的设计数据导入到BIM建模软件中，完成隧道的BIM建模后确定隧道中线；

隧道分段：根据隧道中线，沿隧道中线的走向将隧道划分为若干直线段和曲线段，获取每段隧道的隧道中线位置设计数据，根据隧道中线位置设计数据，规划每段隧道内的离地1.0m～1.5m高的无人机飞行的规划路径，规划路径包括起点和终点；

导入规划路径：将规划路径导入到无人机，将无人机放置到规划路径起点，并设定无人机飞行速度；将规划路径导入到控制模块；

检测装置架设：将三维激光扫描仪、电子激光靶、信号发射器安装到无人机上，启动无人机悬停且让电子激光靶的靶心与起点重合；将支架安装到规划路径起点位置，通过支架调节激光器高度，让激光束的照射点与靶心重合；

规划路径解析：控制模块根据飞行速度和规划路径的数据，解析出照射点在规划路径上的分时控制点；

三维扫描：无人机沿规划路径按设定飞行速度飞行，并启动三维激光扫描仪；

飞行路径监测并修正：无人机启动飞行时同步启动高精度旋转台，高精度带动激光器的激光束以与飞行速度相同的速度依次照射分时控制点；电子激光靶感应激光照射点，并通过信号发射器将照射点位置信息发送到分析模块，分析模块通过信号接收器接收信号后，分析激光照射点相对于靶心的位置，并根据照射点相对靶心偏离的方向和位置，通过控制模块及遥控发射器调整无人机飞行方向，直至靶心与照射点重合，直至无人机飞至终点。

5.根据权利要求4所述的基于三维激光扫描的隧道内面检测方法，其特征在于：在隧道分段步骤中，每段隧道的坡度保持恒定，并且获取每段隧道的坡度值，规划路径的坡度值与该段隧道坡度值相等。

6.根据权利要求5所述的基于三维激光扫描的隧道内面检测方法，其特征在于：分时控制点之间的间距为0.5m～1m或者分时控制点之间的时间间隔为0.1s～0.5s。

7.根据权利要求6所述的基于三维激光扫描的隧道内面检测方法，其特征在于：在飞行路径监测并修正步骤前还包括试飞步骤：无人机沿规划路径由起点向终点飞行50m～100m，观察照射点是否一直与靶心重合。

8.根据权利要求7所述的基于三维激光扫描的隧道内面检测方法，其特征在于：在飞行路径监测并修正步骤中，对于隧道的直线段：在该段隧道中线的起点处架设一套光学引导系统，激光器的照射方向与无人机的规划路径重合；对于隧道的曲线段：在该段隧道中线的起点处两侧分别架设一套光学引导系统，两台激光器的激光相交，控制模块控制高精度旋转台相互配合转动，保持相交点位于规划路径上，且相交点在规划路径上的位移与光靶的位移重合且同步。

9.根据权利要求8所述的基于三维激光扫描的隧道内面检测方法，其特征在于：激光器上还具有激光测距装置。

10.根据权利要求9所述的基于三维激光扫描的隧道内面检测方法，其特征在于：对于隧道的曲线段，在飞行路径监测并修正步骤中，若靶心两侧同时出现了照射点，无人机逐渐减速，若电子激光靶感应到两个照射点向中间靠拢直至与靶心重合，无人机则恢复至设定飞行速度；若无人机减速后，电子激光靶感应到两个照射点间距变大，则无人机逐渐加速，直至两照射点向中间靠拢并与靶心重合，无人机则恢复至设定飞行速度。