本实用新型涉及地下空间几何形态检测领域，特别提供了一种地下空间激光3D成像装置。
背景技术：
地下空区是由人为挖掘或者天然地质运动在地表下面产生的“空洞”，空区的存在使得矿山的安全生产面临很大的安全问题，激光探测3D成像技术可以直观准确的展现地下空间的几何形态，可以广泛应用探查。
针对地下空间探测技术，我国主要以钻探为主物探为辅，国外以物探为主，近年来，电法，电磁法，微重力法，地震法都有较高的水平，但通过这些方法很难分析到地下空间具体的空间形态与几何特性，根据激光探测原理，实现对地下空区完整信息的采集，三维成像技术在地下空间探测应用较少。
因此，研制一种地下空间激光3D成像装置，成为人们亟待解决的问题。
技术实现要素：
鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种地下空间激光3D成像装置，以解决现有地下空区探测装置不能展现地下空间几何特性完整信息的问题。
本实用新型提供了一种地下空间激光3D成像装置，包括：竖直伸缩杆、控制盒、第一步进电机、第二步进电机、摇臂、激光发射接收器、磁力计和上位机，其中，控制盒连接于竖直伸缩杆的下端，控制盒内设置有控制器，第一步进电机连接于控制盒的下端，其输出轴竖直向下设置，第二步进电机设置于第一步进电机的下部且与第一步进电机的输出轴连接，可在第一步进电机的输出轴的带动下旋转，第二步进电机的输出轴水平设置于其左右两侧且与摇臂连接，用于带动摇臂在竖直方向上转动，激光发射接收器固定连接于摇臂的下部，磁力计与激光发射接收器固定连接，控制器分别与第一步进电机、第二步进电机、激光发射接收器和磁力计连接，用于控制第一步进电机、第二步进电机的启停、接收激光发射接收器和磁力计采集的距离和磁感应信息，上位机与控制器连接，用于向控制器发送控制信号及接收控制器发送来的数据信息并进行处理。
优选，所述第一步进电机和第二步进电机均设置于铝盒子内。
进一步优选，上位机上设置有显示屏，可以显示激光发射接收器的方位信息，所述显示屏上还设置有复位键，用于控制第一步进电机及第二步进电机的复位。
本实用新型提供的地下空间激光3D成像装置优化了其他地下探测装置的功能，可以直观准确的对地下空间的几何形态及空间变化进行探测，通过竖直伸缩杆可伸入地下空间，激光发射接收器可以测量其距地下空间墙壁的直线距离，第一步进电机和第二步进电机可带动激光发射接收器实现水平360度和竖直180度旋转，进而得到球形扫描数据，上位机通过对所述数据进行处理，可以得到地下空间激光3D成像信息，磁力计用于测量激光发射接收器的方位信息，可以对激光发射接收器的水平和竖直起始位置进行校准，以实现及时修正。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
图1为本实用新型提供的地下空间激光3D成像装置结构示意图；
图2为本实用新型提供的地下空间激光3D成像装置的控制框图；
图3为三维坐标系的示意图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施方案对本实用新型进行进一步的解释，但并不局限本实用新型。
如图1、图2所示，本实用新型提供了一种地下空间激光3D成像装置，包括：竖直伸缩杆1、控制盒2、第一步进电机3、第二步进电机4、摇臂5、激光发射接收器6、磁力计7和上位机8，其中，控制盒2连接于竖直伸缩杆1的下端，控制盒2内设置有控制器21，第一步进电机3连接于控制盒2的下端，其输出轴竖直向下设置，第二步进电机4设置于第一步进电机3的下部且与第一步进电机3的输出轴连接，可在第一步进电机3的输出轴的带动下旋转，第二步进电机4的输出轴水平设置于其左右两侧且与摇臂5连接，用于带动摇臂5在竖直方向上转动，激光发射接收器6固定连接于摇臂5的下部，磁力计7与激光发射接收器6固定连接，控制器21分别与第一步进电机3、第二步进电机4、激光发射接收器6和磁力计7连接，用于控制第一步进电机3、第二步进电机4的启停、接收激光发射接收器6和磁力计7采集的距离和磁感应信息，上位机8与控制器21连接，用于向控制器21发送控制信号及接收控制器21发送来的数据信息并进行处理。
该地下空间激光3D成像装置优化了其他地下探测装置的功能，可以直观准确的对地下空间的几何形态及空间变化进行探测，通过竖直伸缩杆可伸入地下空间，激光发射接收器可以测量其距地下空间墙壁的直线距离，第一步进电机和第二步进电机可带动激光发射接收器实现水平360度和竖直180度旋转，得到球形扫描数据，上位机通过对所述数据进行处理，可以得到地下空间激光3D成像信息，磁力计用于测量激光发射接收器的方位信息，可以对激光发射接收器的水平和竖直起始位置进行校准，以实现及时修正。
作为技术方案的改进，所述第一步进电机3和第二步进电机4均设置于铝盒子内。
作为技术方案的改进，上位机8上设置有显示屏，可以显示激光发射接收器6的方位信息，所述显示屏上还设置有复位键，用于控制第一步进电机3及第二步进电机4的复位。
上述地下空间激光3D成像装置的成像方法，包括如下步骤：
(1)、通过竖直伸缩杆将连接于其下部的部分伸入到地下待探测空间内，设置激光发射接收器的水平起始位置和竖直起始位置；
(2)、通过第一步进电机和第二步进电机带动激光发射接收器做水平360度与竖直180度旋转，得到待检测空间的球形扫描数据，所述扫描数据为激光发射接收器距地下空间墙壁的直线距离，其中，磁力计用于辅助调整第一步进电机或第二步进电机回转至水平起始位置或竖直起始位置；
(3)、上位机获得所述球形扫描数据，通过对所述数据进行处理，得到地下空间激光3D成像信息。
该地下空间激光3D成像方法利用所述地下空间激光3D成像装置，可以直观准确的对地下空间的几何形态及空间变化进行探测，通过竖直伸缩杆可伸入地下空间，激光发射接收器可以测量其距地下空间墙壁的直线距离，第一步进电机和第二步进电机可带动激光发射接收器实现水平360度和竖直180度旋转，得到球形扫描数据，上位机通过对所述数据进行处理，可以得到地下空间激光3D成像信息，磁力计用于测量激光发射接收器的方位信息，可以对激光发射接收器的水平和竖直起始位置进行校准，以实现及时修正。
上位机对球形扫描数据的处理具体为：将球形扫描数据转换到三维直角坐标系，如图3所示，XY表示水平面，Z表示与水平面垂直向上的方向，S表示激光发射接收器测得的至地下空间边侧的直线距离，θ角为第二步进电机旋转的角度，范围为0-180度，α角为第一步进电机旋转的角度，对距离S进行处理，可得到相应的(X，Y，Z)空间相应的坐标，最终，可得到地下空间3D几何图像，其中，三维坐标计算公式为：
X＝S cosθcosα；
Y＝S cosθsinα；
Z＝S sinθ。
其中，上位机对球形扫描数据的处理也可以通过在控制盒内设置中央处理器来实现。
其中，所述地下空间激光3D成像方法中，
步骤(2)中球形扫描数据的获得过程如下：
第一步进电机从水平起始位置旋转指定小角度后，第二步进电机自下而上旋转180度，激光发射接收器在第二步进电机旋转的过程中，实时获得其距地下空间墙壁的直线距离，实现对一个竖直平面的测量，之后通过第二步进电机与磁力计的配合，使激光发射接收器反向转回至竖直起始位置，第一步进电机再次旋转指定角度后，第二步进电机自下而上旋转180度，激光发射接收器实现对该竖直平面的测量，以此类推，第一步进电机完成水平360度旋转，最终获得球形扫描数据，之后通过第一步进电机与磁力计的配合，使激光发射接收器反向转回至水平起始位置，至此，完成一次球形扫描数据的获得，其中，磁力计可实现对位置的修正，使激光发射接收器得到正确的直线距离。
其中，上位机上设置有显示屏，用于显示磁力计测得的角度信息和第一步进电机与第二步进电机旋转的角度信息、通过对球形扫描数据进行处理而得到的成像信息，所述显示屏上还设置有复位键，用于控制第一步进电机及第二步进电机的复位。
其中，第一步进电机的水平360度旋转为均匀小角度旋转。
本实用新型的具体实施方式是按照递进的方式进行撰写的，着重强调各个实施方案的不同之处，其相似部分可以相互参见。
上面结合附图对本实用新型的实施方式做了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。