隧道断面高速精确测量方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102721365A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102721365A(43)申请公布日2012.10.10(21)申请号201210179370.7(22)申请日2012.06.01(71)申请人北京交通大学地址100044北京市海淀区西直门外上园村3号(72)发明人余祖俊朱力强郭保青郭一诗(74)专利代理机构北京市商泰律师事务所11255代理人毛燕生(51)Int.Cl.G01B11/00(2006.01)G01B11/24(2006.01)G01C7/06(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书33页页附图附图22页(54)发明名称隧道断面高速精确测量方法及装置(57)摘要本发明公开了一种隧道断面高速精确测量方法及装置，该方法使用多个线式激光器首尾重叠拼接出隧道的大角度断面；采用多个高速相机同步采集激光轮廓，经过图像处理；通过对图像坐标到空间坐标的模型运算，得到真实隧道断面的坐标。该装置包括激光扫描测距模块，摄影测量模块和数据采集处理模块。本发明融合了激光扫描测距技术和三角摄影测量技术，解决了高速动态检测时数据量大难以处理的问题，满足了高速高精度的测量需求。此外本发明具有结构紧凑，安装施测方便的特点。CN1027365ACN102721365A权利要求书1/1页1.一种隧道断面高速精确测量方法，其特征在于：该方法使用多个线式激光器首尾重叠拼接出隧道的大角度断面；采用多个高速相机同步采集激光轮廓，经过图像处理；通过对图像坐标到空间坐标的模型运算，得到真实隧道断面的坐标。2.根据权利要求1所述的一种隧道断面高速精确测量方法，其特征在于：所述多个线式激光器首尾重叠拼接出隧道的大角度为大于270度断面。3.一种隧道断面高速精确测量方法的测量装置，包括激光扫描测距模块，摄影测量模块和数据采集处理模块，其特征在于：所述激光扫描测距模块包括两个激光扫描测距仪；所述摄影测量模块包括多个线式激光器和多个高速工业相机；所述数据采集处理模块包括用于处理各路相机采集数据的以FPGA为处理核心的图像采集处理卡，用于采集左右激光扫描测距仪数据的采集卡，用于综合采集数据、显示存储并对各采集通路进行配置和通信的计算机。4.根据权利要求3所述的一种隧道断面高速精确测量方法的测量装置，其特征在于：所述测量装置的机械结构，包括激光扫描测距仪（1）、激光扫描测距仪的安装底座（2）、线式激光器（3）、装置主体支撑结构（4）、高速工业相机（5）、带旋转叶片的法兰盘（6），其特征在于：所述装置主体支撑结构（4）是中空的多面柱状体，其一端安装激光扫描测距仪（1）和线式激光器（3），所述线式激光器（3）成对安装在激光扫描测距仪的安装底座（2）上形成扇形扫描面，激光扫描测距仪的安装底座（2）与装置主体支撑结构（4）相连接；装置主体支撑结构（4）另一端是带旋转叶片的法兰盘（6），带旋转叶片的法兰盘（6）的每个叶片上安装一个高速工业相机（5）。5.根据权利要求4所述的一种隧道断面高速精确测量方法的测量装置，其特征在于：所述高速工业相机（5）的数量可根据实际测量需要进行调整。2CN102721365A说明书1/3页隧道断面高速精确测量方法及装置技术领域[0001]本发明属于隧道几何轮廓测量方法及其设备。特别涉及一种隧道断面高速精确测量方法及装置。背景技术[0002]由于列车冲击、地质变形、临近施工与线路养护保养等因素，隧道洞体经常发生变形，严重影响运营安全。因此，隧道全断面与洞体变形的动态检测技术一直是关系到轨道交通运营安全的核心技术之一。[0003]目前，国内外的动态检测技术主要包括激光辅助三角形摄影测量技术以及基于光传播时间原理的激光扫描测量技术。这两种测量原理都有各自的优缺点。激光扫描测量虽然不受外界光线干扰，但由于受扫描光点发散效应的限制，测量复杂断面时的精度低，必须通过多次往复测量提高测量精度，测量效率较低。同时由于多次往复动态测量对定位精度要求极高，实施也较为困难。而三角形摄影测量虽然具有较高的动态测量精度，但测量时易受阳光、隧道内灯光等外界光线干扰而产生偏差，严重时甚至失效。因此必须采用复杂的图像处理算法进行一定程度的弥补，例如通过二维滤波和模式识别技术，滤除灯光影像，识别隧道洞壁上的激光光带位置。通常，动态测量要求每秒几百甚至上千帧的采样速率，目前技术难以实现全部图像数据的实时存储，只能借助图像处理技术提取和存储激光光带位置。但图像处理算法会大大增加处理时间，降低系统采样速度，不适合高速动态应用条件。因此，目前国内外现有的隧道断面检测技术无法在高速动态测量条件下同时保证高测量精度和高采样速率。发明内容[0004]针对上述现有技术的不足，本发明提出一种隧道断面高速精确测量方法及装置，实现隧道