基于拉丝点云校正单侧站点云空间方位的辅助定向装置的制作方法

本实用新型涉及工程地质设备领域，具体涉及一种基于拉丝点云校正单侧站点云空间方位的辅助定向装置。

背景技术：

三维激光扫描技术又叫实景复制技术，能从复杂的实际物体或实景中重新建立目标体的三维模型。三维激光扫描作为一项先进性的技术，变革了工程地质调查的工作方式，在岩体工程中应用越来越广泛。三维激光扫描能采集的岩体结构面信息非常丰富，包含空间方位、节理分组、间距、迹长、粗糙度、延伸性、块体尺寸、形状等。三维激光扫描在岩体特征识别领域具有非常广阔的应用前景。但是，三维激光扫描的点云数据是相对于扫描仪自身独立的空间坐标系，在进行岩体特征信息提取前，需将从扫描仪自身独立的空间坐标系转换到地质坐标系是非常关键的步骤。

目前，坐标系转换方法往往需要通过多站点扫描来进行解决，但是现场多站扫描必需使用gps或者rtk，增加了现场工作的难度；同时多站扫描的点云数据处理需要进行拼接和配准，拼接过程又包含粗拼接和精拼接，因此，整个现场采集和后期点云处理过程非常复杂，对于地质工程师来说应用三维激光扫描技术进行空间方位校正难度非常大，只能由专业的测量工程师来完成，而岩体特征识别只能由地质工程师来完成。要完成岩体特征信息的识别，需要地质和测量两个专业的技术人员的配合程度要求非常高，大大限制了三维激光扫描技术进行岩体特征的应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单、设计合理、使用方便的基于拉丝点云校正单侧站点云空间方位的辅助定向装置，采用拉丝方法基于单站点扫描实现扫描仪自身独立的空间坐标系转换到地质坐标系，可避免了多站扫描的拼接和配准等步骤。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：它包含水平调节底座、水准气泡、拉丝直线光轴、水平调节旋钮、细钢丝绳；所述的水平调节旋钮设在水平调节底座的底部；水准气泡设在水平调节底座的上水平表面；水平调节底座的中心位置设有旋钮孔；拉丝直线光轴的底端设有与旋钮孔配合的螺纹；拉丝直线光轴垂直固定在水平调节底座的中心；细钢丝绳的一端套接在拉丝直线光轴上；

进一步地，所述的拉丝直线光轴的直径为4-6mm，长度为50-60cm，以便于携带，同时能产生较好的拉丝效果；

进一步地，细钢丝绳的一端设有套环，细钢丝绳通过套环套接在拉丝直线光轴上。

由于点云倾向可以计算两侧，为避免混淆，统一采用三维激光扫描仪-拉丝直线光轴左侧的空间方位。

使用时，将三维激光扫描仪和本实用新型所述的基于拉丝点云校正单侧站点云空间方位的辅助定向装置整平对中后，将细钢丝绳拉紧，使细钢丝绳处于绷紧状态，且通过三维激光扫描仪的对中激光点；地质罗盘的反光镜的瞄准对中线，瞄准器与细钢丝绳重合。

采用上述结构后，本实用新型所述的基于拉丝点云校正单侧站点云空间方位的辅助定向装置，具有以下优点：

1、实现了基于单站点扫描将扫描仪自身独立的空间坐标系转换到地质坐标系；

2、克服了现场采集必需使用gps或者rtk的限制，克服了多站点扫描时需要进行拼接和配准等复杂操作的限制，便于地质工程师来说应用三维激光扫描技术解决岩体特征识别领域的问题；

3、结构简单、设计合理，便于安装和拆卸，且便于携带，具有较强的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是扫描仪-拉丝直线光轴连线的空间方位测量的示意图。

附图标记说明：

1、地质罗盘；2、三维激光扫描仪；3、细钢丝绳；4、拉丝直线光轴；5、水平调节底座；6、水平调节旋钮；7、水准气泡；1-1、反光镜；1-2、瞄准器；2-1、对中激光点。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作进一步的说明。

参看图1-2所示，本具体实施方式采用的技术方案是：它包含水平调节底座5、水准气泡7、拉丝直线光轴4、水平调节旋钮6、细钢丝绳3；所述的水平调节旋钮6的数量为三个，均布在水平调节底座5的底部；水准气泡7设在水平调节底座5的上水平表面，数量及位置与水平调节旋钮6对应；水平调节底座5的中心位置设有旋钮孔；拉丝直线光轴4的底端设有与旋钮孔配合的螺纹；拉丝直线光轴4垂直固定在水平调节底座5的中心；拉丝直线光轴4的直径为4-6mm，长度为50-60cm，以便在激光束打在拉丝直线光轴4上时，能在产生较为显著的拉丝点云；拉丝直线光轴4表面光滑，采用镀铬处理，可有效避免长时间使用生锈；细钢丝绳3的一端套接在拉丝直线光轴4上；

拉丝为三维激光扫描在物体边界产生的特殊点云，本为噪点信息，通过在被测目标与三维激光扫描仪2之间设置一个标志明显的拉丝直线光轴4，产生平面拉丝点云，作为空间方位校正的参照平面，以进行整体空间点云的空间方位校正。

采用本实用新型的辅助定向装置基于拉丝点云校正单测站三维点云空间方位的方法，包含如下步骤：

一、现场数据采集，包含如下流程：

1、三维激光扫描仪器架站和整平对中：将三维激光扫描仪2插入电源，在三维激光扫描仪2上设置参数，然后进行整平并严格对中；

2、基于拉丝点云校正单侧站点云空间方位的辅助定向装置架设和整平：

（1）根据三维激光扫描仪2与被测目标的位置关系、现场条件目测合理的放置位置，将辅助定向装置放置在三维激光扫描仪2前的2-10m范围之间，放置在不挡住前方目标物体的合适位置；

（2）调节水平调节底座5底部的水平调节旋钮6，将水准气泡7调整至居中位置，整平水平调节底座5，拉丝直线光轴4保持垂直水平面；

3、三维激光扫描仪-拉丝直线光轴连线的空间方位测量：打开三维激光扫描仪2的对中命令键，在地面上显示对中激光点2-1；将细钢丝绳3带套环的一端套在拉丝直线光轴4上，拉紧使细钢丝绳3处于绷紧状态，且通过三维激光扫描仪2的对中激光点2-1；标记出拉丝直线光轴4和三维激光扫描仪的对中激光点2-1的连线；调整地质罗盘1位置，将地质罗盘1的中心点对准对中激光点；地质罗盘的反光镜1-1的瞄准对中线，地质罗盘的瞄准器1-2与细钢丝绳3重合，记录地质罗盘1的方位数据；

4、扫描：新建站点，然后进行参数设置，再开始扫描；

二、三维点云数据空间方位校正，包含如下流程：

1、拉丝点云空间方位计算：

（1）提取并导出拉丝直线光轴4的产生的拉丝点云数据；

（2）拉丝点云数据空间方位计算，由于扫描前已经将拉丝直线光轴4校正为垂直水平面，因此只需计算倾向；

（3）计算拉丝点云的法向量以及三维激光扫描仪-拉丝直线光轴连线的倾向方位，具体过程如下：

a、拉丝点云法向量求取：产生的拉丝点云位于同一平面，对点云进行平面拟合，求得结构面的单位法向量；

b、拉丝点云倾向计算：

对拉丝点云拟合平面的倾向进行调整计算，求取该拟合平面在地质坐标系中的倾向：；

此式中，当，且时，；当，且时，；其他情况（当，且时；当，且时），；

2、空间方位校正：

由于三维激光扫描仪器架站时已经进行了严格对中整平；辅助定向装置架设时也对拉丝直线光轴校正为垂直水平面，因此只需要对空间方位的倾向进行校正；具体校正方法为：

旋转空间方位的角度为，借助三维点云处理软件绕z轴旋转顺时针旋转相应的角度，点云数据导出，即为空间方位校正后的点云数据。

本实施例采用riscanpro软件，在riscanpro软件中打开点云数据，采用“modifyorientation&positon”命令采用“rotate”命令，绕z轴旋转（b+90°-a），点云数据导出，即为空间方位校正后的点云数据。

以上所述，仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。