一种隧道内高精度快速定位装置与方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110849368A(43)申请公布日2020.02.28(21)申请号201911013283.2(22)申请日2019.10.23(71)申请人同济大学地址200092上海市杨浦区四平路1239号申请人上海同岩土木工程科技股份有限公司(72)发明人刘学增刘笑娣刘新根陈莹莹吴其飞程岩(74)专利代理机构上海科盛知识产权代理有限公司31225代理人陈源源(51)Int.Cl.G01C21/20(2006.01)G01C21/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种隧道内高精度快速定位装置与方法(57)摘要本发明涉及一种隧道内高精度快速定位装置与方法，该装置包括车体、电力模块、计算机模块和定位模块，其中，电力模块包括蓄电池和电源转换单元，计算机模块包括计算机和网络单元，定位模块包括编码器、激光扫描仪、隧道图像传感器、定位图像传感器和多个定位标签；多个定位标签布置在隧道衬砌表面上，定位图像传感器安装在车体的两侧，定位图像传感器的位置能确保定位标签均处于定位图像传感器的拍摄范围内，编码器安装在车体轮轴上，隧道图像传感器安装在车体的顶部和两侧，激光扫描仪安装在车体后盾的移动支座上。与现有技术相比，本发明能够实现隧道内目标纵向里程、环向位置厘米级定位，具有动态实时、精度高、速度快、结果可靠的特点。CN110849368ACN110849368A权利要求书1/2页1.一种隧道内高精度快速定位装置，其特征在于，包括车体(1)、电力模块(2)、计算机模块(3)和定位模块(4)，其中，所述的电力模块(2)包括蓄电池(21)和电源转换单元(22)，所述的计算机模块(3)包括计算机(31)和网络单元(32)，所述的定位模块(4)包括编码器(41)、激光扫描仪(42)、隧道图像传感器(43)、定位图像传感器(44)和多个定位标签(45)；所述的多个定位标签(45)布置在隧道衬砌表面上，所述的定位图像传感器(44)安装在车体(1)的一侧，定位图像传感器(44)的位置能确保定位标签(45)均处于定位图像传感器(44)的拍摄范围内，所述的编码器(41)安装在车体(1)轮轴上，所述的隧道图像传感器(43)安装在车体(1)的顶部和两侧，所述的激光扫描仪(42)安装在车体(1)后盾的移动支座上，所述的计算机(31)通过网络单元(32)分别连接编码器(41)、激光扫描仪(42)、隧道图像传感器(43)和定位图像传感器(44)，所述的蓄电池(21)通过电源转换单元(22)分别连接计算机(31)、编码器(41)、激光扫描仪(42)、隧道图像传感器(43)和定位图像传感器(44)。2.根据权利要求1所述的隧道内高精度快速定位装置，其特征在于，所述的计算机(31)中运行程序用于实现以下功能：存储编码器(41)采集的距离、对应的时间；存储激光扫描仪(42)采集的隧道轮廓坐标、对应的时间；存储隧道图像传感器(43)采集的隧道衬砌表观图像、对应的时间；存储定位图像传感器(44)采集的定位标签(45)信息；处理距离信息、隧道轮廓坐标、隧道衬砌表观图像、定位标签(45)信息，确定目标位置。3.根据权利要求1所述的隧道内高精度快速定位装置，其特征在于，所述的编码器(41)安装在车体(1)的轮轴上，其电源接口通过电源转换单元(22)与蓄电池(21)连接，其触发接口通过网络单元(32)与计算机(31)连接，该编码器(41)用于采集距离信息并触发图像采集信号控制隧道图像传感器(43)、定位图像传感器(44)工作，然后通过数据转换得到对应的纵向里程。4.根据权利要求1所述的隧道内高精度快速定位装置，其特征在于，所述的隧道图像传感器(43)根据拍摄范围进行环向布置，并且相邻图像传感器拍摄重叠区域大于0.1m，隧道图像传感器(43)拍摄范围覆盖隧道衬砌环向。5.根据权利要求1所述的隧道内高精度快速定位装置，其特征在于，所述的定位标签为标签板或标签纸，用于校正目标纵向里程及环向位置；定位标签上部为编码符号，底部注明定位标签编码及里程信息，并固定于隧道衬砌表面；定位标签采用五进制进行编码，编码符号颜色RGB值为[0，0，0]；定位标签上采用三种符号的组合进行定义，一级符号为竖向实心矩形，权值为50＝1，二级符号为横向实心矩形，权值为51＝5，三级符号为实心圆，权值为52＝25；将每个定位标签的五进制编码TCID、序号TID、对应的里程TM、固定的高度TH，即标签安装处距最近边墙底部的距离，输入至定位标签数据库中并保存至计算机中。6.一种如权利要求1所述的隧道内高精度快速定位装置的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将激光扫描仪获取的隧道轮廓坐标与隧道图像传感器拍摄的范围统一于同一坐标