地下洞室三维空间精细测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于地下空间测量技术领域，特别涉及一种地下洞室三维空间精细测量系 统。
【背景技术】
[0002] 地下洞室的三维空间测量，国内外有很多方法，比如声波测量，近景摄影测量，激 光全站仪，激光扫描仪三维测量等方法。
[0003] 对于大多数地下工程，洞室群空间布置复杂，单个洞室尺寸很大，洞室结构形状复 杂，尤其对于无衬砌的地下洞室，岩面凸凹不平，迫切需要三维空间精细测量。而目前的方 法，如果进行精细测量，会大大增加外业和内业的劳动强度。目前的三维扫描设备虽然可以 快速测量大范围空间，点云精度可达几个毫米，点云密度很大，但是，在三维扫描设备近距 区域内点云很密，远距区域点云十分稀疏。并且，随着扫描距离和入射角的增大，点云数据 的精度和反射强度的精度都受到很大的影响，不太适合三维空间精细测量。
[0004] 目前，绝大多数的地下工程，都属于线状结构，纵向尺寸远远大于断面尺寸，并且 断面几何特征明显，且沿纵向变化不大。针对线状结构的测量，目前市场上已经存在车载的 移动测量系统，在车辆高速前进时，借助于惯性导航模块或者GPS模块进行位置的三维定 位，同时借助激光扫描仪和摄影技术进行实景的三维信息获取和存储，采集速度快，采集信 息丰富，使用方便，但是，GPS的定位精度严重依赖于GPS信号的实时性和可见性，对于地下 工程，往往GPS信号缺失，而惯性导航模块随着距离增加，累计误差会越来越大。并且，针对 地下工程，其他的定位方法比如基于RFID射频信号的定位，基于Wi-Fi网络信号的定位等 技术需要布设基站和线路且精度不高，也不大适合三维空间精细测量。
[0005] 并且，现有的测量方法大都外业和内业分离，首先进行外业的数据采集，然后回到 室内，进行数据的处理和分析，大大增加了工时，并且，数据处理中发现测量错误或不足时， 无法复测或补测，对数据的后续分析和有效利用带来困难。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种地下洞室三维空间精细测量系统，其特征在于，所述三 维空间精细测量系统包括导轨支架装置、激光扫描传感器，导轨运动控制装置，供电装置， 主控计算机，无线接入点和平板电脑；其中，激光扫描传感器19,导轨运动控制装置，供电 装置，主控计算机16,无线接入点17,平板电脑18等组成。其中，导轨支架装置由水平横梁 2下面固定两个竖向支撑3,每个竖向支撑3再与地脚4固定在一起形成；一个水平主梁1 放在两个导轨支架装置的水平横梁2上，两个气泡水准仪5分别放在水平主梁1两头，两个 限位开关9分别固定在传动皮带6的两端，两个定位靶标10分别固定在限位开关9顶部， 传动皮带6套在水平主梁1右端的导轮和左端的步进电机8转动轴上，滑块7固定在传动 皮带6的一处，并传动皮带6带动在水平主梁1上表面滑动；激光扫描传感器19固定在激 光扫描传感器适配器20上，激光扫描传感器适配器20与滑块7固定；
[0007] 所述导轨运动控制装置由运动控制器11和步进电机驱动器12组成，步进电机驱 动器12与步进电机8连接；主控计算机16与运动控制器11连接，提供测量系统的精确定 位；
[0008] 所述供电装置包括24V直流蓄电池组13,为蓄电池组13充电的电源适配器14和 插座15,蓄电池组13为运动控制器11，步进电机驱动器12,主控计算机16和无线接入点 17提供电力；
[0009] 所述主控计算机16包括导轨运动控制模块、扫描参数设置模块、扫描控制模块、 测量数据预处理模块和测量数据处理模块，控制整个测量系统工作；
[0010] 所述无线接入点和平板电脑，无线接入点17为主控计算机16,激光扫描传感器19 以及平板电脑18之间提供无线连接，提供无线信号覆盖；平板电脑18实时监控主控计算机 16和激光扫描传感器19的工作状态，并实时显示三维空间测量数据。
[0011] 所述地脚4和气泡水准仪5联合调节导轨支架装置高度，使水平主梁1保持水平 状态。
[0012] 所述限位开关控制激光扫描传感器19在导轨上的行程起止位置；定位靶标10为 测量系统提供外部地理参考，在室外环境下通过在定位靶标10顶部安装GPS接收器确定其 地理参考，室内和地下空间下通过激光全站仪为定位靶标10提供地理参考。
[0013] 所述激光扫描传感器为激光扫描仪，或者激光断面仪，要求有无线局域网接口，市 场上均有销售。测量时，实时发射激光、接收激光，利用飞行时原理对三维空间的断面轮廓 进行精细扫描，并实时返回断面轮廓的距离信息，角度信息和强度信息，完成断面的精细测 量。
[0014] 所述导轨支架装置为铝合金型材。
[0015] 本发明的有益效果是本精细测量系统为主动非接触测量，测量速度快，测量精度 高，测量点云密度大且空间分布均匀，内业外业可同时进行，大大节约测量时间。三维空间 定位精度可以达到1~3mm，可以保证断面之间间距3~5mm，断面测点间距6mm。距离精度 2mm，最大测量距离120m，完成一个断面的精细测量仅需要Is。
【附图说明】
[0016] 图1为断面精细测量系统示意图。
[0017] 图中，1 一水平主梁，2 -水平横梁，3 -竖向支撑，4 一地脚，5 -气泡水准仪，6 - 传动皮带，7 -滑块，8 -步进电机，9 一限位开关，10 -定位革E标，11 一运动控制器，12 -步 进电机驱动器，13 -蓄电池组，14 一电源适配器，15 -充电插头，16 -主控计算机，17 -无 线接入点，18 -平板电脑，19 一激光扫描传感器，20 -激光扫描传感器连接适配器。
【具体实施方式】
[0018] 本发明提供一种地下洞室三维空间精细测量系统；下面结合附图及实施方式作进 一步详细描述：
[0019] 图1为断面精细测量系统示意图。图中三维空间精细测量系统包括导轨支架装 置、激光扫描传感器，导轨运动控制装置，供电装置，主控计算机，无线接入点和平板电脑； 其中，激光扫描传感器19,导轨运动控制装置，供电装置，主控计算机16,无线接入点17,平 板电脑18等组成。其中，导轨支架装置为铝合金型材制造，由水平横梁2下面固定两个竖 向支撑3,每个竖向支撑3再与地脚4固定在一起形成；一个水平主梁1放在两个导轨支架 装置的水平横梁2上，两个气泡水准仪5分别放在水平主梁1两头，两个限位开关9分别固 定在传动皮带9的两端，两个定位祀标10分别固定在限位开关9顶部，传动皮带6套在水 平主梁1右端的导轮和左端的步进电机8转动轴上，滑块7固定在传动皮带6的一处，并传 动皮带6带动在水平主梁1上表面滑动；激光扫描传感器19固定在激光扫描传感器适配器 20上，激光扫描传感器适配器20与滑块7固定，就可以在导轨轨道上做往复直线运动。
[0020] 所述导轨运动控制装置由运动控制器11和步进电机驱动器12组成，步进电机驱 动器12与步进电机8连接；主控计算机16与运动控制器11连接，提供测量系统的精确定 位。
[0021] 所述供电装置包括24V直流蓄电池组13,为蓄电池组13充电的电源适配器14和 插座15。蓄电池组13为运动控制器11，步进电机驱动器12,主控计算机16和无线接入点 17提供电力；
[0022] 所述主控计算机16包括导轨运动控制模块、扫描参数设置模块、扫描控制模块、 测量数据预处理模块和测量数据处理模块，控制整个测量系统工作；扫描控制模块主要完 成扫描过程的实时控制，包括扫描仪的启动，停止，开始扫描，停止扫描，扫描仪的定位等。 测量数据预处理模块主要完成测量数据的下载，过滤，存储至数据库工作。测量数据处理模 块根据实际工程需求，建立三维模型，计算分析等工作。
[0023] 所述无线接入点和平板电脑，无线接入点17为主控计算机16,激光扫描传感器19 以及平板电脑18之间提供无线连接，提供无线信号覆盖；平板电脑18显示测量系统的实时 监控和数据。
[0024] 所述导轨运动控制装置由运动控制器11和步进电机驱动器12组成，步进电机驱 动器12与步进电机8连接；主控计算机16与运动控制器11连接，提供测量系统的精确定 位。
[0025] 所述供电装置包括24V直流蓄电池组13,为蓄电池组13充电的电源适配器14和 插座15。蓄电池组13为运动控制器11，步进电机驱动器12,主控计算机16和无线接入点 17提供电力；
[0026] 所述主控计算机16包括导轨运动控制模块、扫描参数设置模块、扫描控制模块、 测量数据预处理模块和测量数据处理模块，控制整个测量系统工作；
[0027] 所述无线接入点和平板电脑，无线接入点17为主控计算机16,激光扫描传感器19 以及平板电脑18之间提供无线连接，提供无线信号覆盖；平板电脑18实时监控主控计算机 16和激光扫描传感器19的工作状态，并实时显示三维空间测量数据。
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