[发明专利]基于三维激光扫描的隧道内面检测装置及方法

说明书

本发明属于轨道交通光学检测技术领域，具体涉及一种基于三维激光扫描的隧道内面检测装置及方法，检测装置包括包括无人机、三维激光扫描仪、中控平台和若干套光学引导系统，无人机上还安装有电子激光靶；检测方法包括BIM建模、隧道分段、导入规划路径、检测装置架设、规划路径解析、三维扫描以及飞行路径监测并修正等步骤。本发明能够借助无人机对隧道内面进行高精度地三维扫描，能够在封闭的空间内，不依赖于卫星导航信号即可让无人机在固定高度上准确地按照规划路径飞行，并且能够与隧道内其他施工工作并行，并不打断其他施工工作。

技术领域

本发明属于轨道交通光学检测技术领域，具体涉及一种基于三维激光扫描的隧道内面检测装置及方法。

背景技术

现有隧道三维激光扫描技术多用于地铁隧道或其他有轨隧道中，通过轨道车装载三维激光扫描仪在隧道中沿轨道定向移动，建立隧道内面的高精度点云数据、拟合出隧道内面的三维模型。而对于尚在开挖过程中的隧道、仅完成了初支的隧道或隧道之间的联络通道，并没有轨道以供轨道小车平稳、有轨迹地行驶，激光扫描仪缺少固定的定向移动轨道，扫描出的隧道内面点云数据杂乱无章，点云数据误差过大，无法准确地拟合出隧道内面三维模型，也就无法准确测定隧道面的超欠挖量。

而随着微机电技术、导航技术、通讯技术的发展，各种具有导航功能、规划路径功能、遥控功能的智能自动化载具应运而生，其中最具代表性的为无人机和自动导航小车。相关技术中公开了一些用自动导航小车搭配三维激光扫描仪进行隧道内面三维激光扫描的方案，但是自动导航小车依赖于平整的地面行走，在未完成轨道铺设前的地面的平整度无法得到保证，导致载有的三维激光扫描仪抖动过大，点云数据杂乱无章，因而也无法拟合出高精度的隧道内面三维模型，让自动导航小车搭配三维激光扫描仪进行隧道内面三维激光扫描的方案大幅受限。对于另一些相关技术中公开了用无人机搭配三维激光扫描仪进行隧道内面三维激光扫描的方案，在隧道这种深埋地下且封闭的场景中，存在卫星导航信号不强甚至被屏蔽的现象，无人机无法通过卫星导航进行准确的定位，无法保证无人机精确地按照理想的路径飞行，尤其是对于具有一定弯道的隧道，飞行轨迹的精确度无法保障，因而也无法保障对隧道内面进行高精度地三维扫描，这给无人机在隧道三维激光扫描领域中的运用待来了巨大的挑战。

发明内容

本发明意在提供一种基于三维激光扫描的隧道内面检测装置及方法，以借助无人机对隧道内面进行高精度地三维扫描。

为了达到上述目的，本发明采用的一个技术方案是提供一种基于三维激光扫描的隧道内面检测装置，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。

本方案的工作原理及有益效果在于：通过测量找到待测量隧道的隧道中线，然后结合BIM技术，通过无人机的规划路径功能，沿隧道中线的走向方向规划无人机的飞行路径，电子激光靶的靶心位于在隧道中线上，飞行的过程中，无人机始终保持一定的离地高度。要实现无人机对隧道内面进行高精度地三维扫描，就需要保持电子激光靶的靶心始终位于隧道中线和规划的路径上。因此采用本方案就可以：