一种隧道断面测量装置及其测量方法.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CN108896014A(43)申请公布日2018.11.27(21)申请号201810448435.0(22)申请日2018.05.11(71)申请人同济大学地址200092上海市杨浦区四平路1239号(72)发明人薛亚东张森(74)专利代理机构上海科盛知识产权代理有限公司31225代理人宣慧兰(51)Int.Cl.G01C7/06(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种隧道断面测量装置及其测量方法(57)摘要本发明涉及一种隧道断面测量装置及其测量方法，测量装置包括测量机构和拍摄机构，测量机构包括移动构件和都设于移动构件上的旋转构件、测距装置、发射装置、控制装置和供电装置，旋转构件包括设于测量机构上的位移旋转台和由位移旋转台控制的转轴，转轴的端部设有安装座且伸出测量机构外，测距装置设有多个且按设定的分布形态安装于安装座上，测距装置测距时能产生测距光斑，发射装置用于在隧道内壁上生成圆弧形轮廓光线；拍摄机构包括三脚架及设于三脚架上的相机，拍摄机构设在相距测量机构一定距离处。与现有技术相比，本发明具有精度较高、速度较快、成本低、操作便捷等特点，在保证一定精度条件下能满足隧道快速检测的需要。CN108896014ACN108896014A权利要求书1/2页1.一种隧道断面测量装置，包括测量机构和拍摄机构，其特征在于，所述测量机构包括移动构件和都设于移动构件上的旋转构件、测距装置、发射装置、控制装置和供电装置，所述移动构件包括底座和设于底座的滑轮，所述旋转构件包括设于测量机构上的位移旋转台和由位移旋转台控制的转轴，所述转轴的端部设有安装座且伸出测量机构外，所述测距装置设有多个且按设定的分布形态安装于所述安装座上，所述测距装置测距时能产生测距光斑，所述发射装置用于在隧道内壁上生成圆弧形轮廓光线，所述控制装置分别连接所述测距装置、发射装置和位移旋转台，所述供电装置分别连接所述测距装置、发射装置、位移旋转台和控制装置；所述拍摄机构包括三脚架及设于三脚架上的相机，所述拍摄机构设在相距所述测量机构一定距离处。2.根据权利要求1所述的一种隧道断面测量装置，其特征在于，所述测距装置包括激光测距仪。3.根据权利要求1所述的一种隧道断面测量装置，其特征在于，所述控制装置包括计算机。4.根据权利要求1所述的一种隧道断面测量装置，其特征在于，所述发射装置包括线状激光器。5.根据权利要求1所述的一种隧道断面测量装置，其特征在于，所述相机设有超广角镜头。6.根据权利要求1所述的一种隧道断面测量装置，其特征在于，所述相距所述测量机构一定距离处具体为：在能够拍摄完整所述圆弧形轮廓光线的情况下，尽量靠近所述圆弧形轮廓光线的位置。7.一种使用权利要求1～6任一所述测量装置的隧道断面测量方法，其特征在于，包括：S1、在所述旋转构件的安装座上设置一个测距装置，在隧道区间内某处，通过所述发射装置在隧道内壁上生成圆弧形轮廓光线，通过所述测距装置在隧道内壁轮廓的起点上生成一个测距光斑，在相距所述测量机构一定距离处固定拍摄机构；S2、通过所述位移旋转台控制测距装置旋转若干次，每次旋转一定的角度使光斑从隧道内壁轮廓的起点转到终点，旋转过程中使测距光斑始终保持在圆弧形轮廓光线上移动，每次旋转后，通过所述控制装置采集测距数据，并用所述拍摄机构拍摄一张包含完整圆弧形轮廓光线的数字图像，根据得到的测距光斑的像素坐标、圆弧形轮廓光线上所有点的像素坐标拟合得到待测量断面的DLT拟合轮廓；S3、控制测距装置以缓慢的速度使光斑从隧道内壁轮廓的起点转到终点，旋转过程中连续测距并记录测距数据，拟合得到待测量断面的真实轮廓；S4、以不同的测距装置旋转次数和旋转角度重复步骤S2，得到不同的待测量断面的DLT拟合轮廓，比较每个DLT拟合轮廓与步骤S3得到的真实轮廓的误差，在误差允许范围内选取测距装置的最优旋转次数和旋转角度，以每次旋转后的位置作为最优分布形态；S5、在旋转构件的安装座上按照最优分布形态安装多个测距装置；S6、测量机构和拍摄机构同时沿隧道前行，每前行一定距离停止一次，用步骤S5安装的测距装置同时测距并使用拍摄机构拍照，实现隧道断面的移动式测量。8.根据权利要求7所述的一种隧道断面测量方法，其特征在于，所述步骤S2中根据得到的测距光斑的像素坐标、圆弧形轮廓光线上所有点的像素坐标拟合得到待测量断面的DLT2CN108896014A权利要求书2/2页拟合轮廓的过程具体包括：通过测距装置的测距数据与对应旋转角度计算测距光斑的相对世界坐标，通过测距光斑的像素坐标、测距光斑的相对世界坐标和圆弧形轮廓光线上所有点的像素坐标，根据直接线性变换法得到DLT目标点相对世界坐标，根据DLT目标点相对世界坐标拟合得