一种动态三维隧道断面形变检测及分析系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种动态三维隧道断面形变检测及分析系统。所述系统包括检测装置及同步定位装置、三维空间信息重建装置以及数据处理装置。通过本实用新型专利技术，可以在较短的维护期间内，快速获取三维空间信息数据集，以对隧道进行形变分析，提高了获取数据的效率。且可通过扫描仪与车载平台的共同移动，提高数据的采集精度，从而实现对隧道安全状态的准确评估。

【技术实现步骤摘要】
一种动态三维隧道断面形变检测及分析系统
本技术涉及隧道检测
，具体而言，涉及一种动态三维隧道断面形变检测及分析系统、方法及装置。
技术介绍
随着我国经济的发展和城市化水平的提高，交通阻塞己经成为我国各大城市的普遍问题。交通阻塞的关键在于城市道路容量不足，道路扩建的速度跟不上车流量增加的速度。为了解决交通拥挤的问题，以减少单位面积道路内的汽车密度为原则，有增加道路容量、减少道路交叉、限制车辆驶入和发展公共运输系统等方法，其中发展高效的地下轨道公共交通，形成四通八达的地下公共交通网是最为主要的措施之一。作为城市中运送旅客的主要载体，其安全问题一直是人们所关注的重点。就地下隧道的轨道交通而言，随着运营时间的增加，隧道建筑空间会发生形变，隧道的变形还会引起的一系列病害问题严重影响地铁隧道的正常运营。隧道中两侧墙壁上安装有通信光缆和动力电缆及其安装支撑结构，隧道顶端有受电弓接触网及安装挂件，其为地铁车辆在隧道内的靠站与正常行驶提供通信与动力保证。因此隧道内建筑空间变形对于轨道交通安全运营环境具有重大的影响。为保证隧道建筑空间的有效维护与快速检测，在数字城市的概念下，城轨维护保障体系的“数字化”发展过程中，主要体现在使用数字化手段，实现隧道建筑空间内部的相对变化检测，获取隧道的三维建筑空间数据可以进一步提高轨道运营安全的科学管理水平，通过隧道建筑空间的三维数据可以及时了解隧道的形变状态。目前，对隧道空间结构进行检测的测量方法主要有接触式测量和非接触式测量两种方法。接触式测量包括人工量具测量法和传感器测量法，非接触式测量包括三维激光扫描、近景摄影测量、全站仪自由设站测量、精密水准检测、探地雷达检测、红外线热成像测量等。采用全站仪以及其他辅助设备进行三维数据的获取需要设置扫描仪站点以及布置标靶，在数据采集期间需要搬站，降低了工作效率。目前，针对现有技术中如何高效准确获取隧道真三维信息数据问题，尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本技术实施例中提供一种动态三维隧道断面形变检测及分析系统、方法及装置，以解决现有技术中采用全站仪以及其他辅助设备进行三维数据的获取需要设置扫描仪站点以及布置标靶，在数据采集期间需要搬站，降低了工作效率的问题。为解决上述技术问题，第一方面，本技术提供了一种动态三维隧道断面形变检测及分析系统，所述系统包括检测装置及同步定位装置、三维空间信息重建装置以及数据处理装置，所述检测装置包括：车载平台、扫描仪、控制器、惯性导航器、驱动电机、驱动轮以及从动轮，所述扫描仪位于所述车载平台上，用于采集隧道断面信息以及轨道断面信息，以获取点云数据集；所述惯性导航器，与所述车载平台连接，用于获取所述检测装置的三维姿态数据；所述控制器，与所述驱动电机连接，用于控制所述驱动电机的转速；所述驱动电机，与所述驱动轮连接，用于采集所述检测装置的行程数据，并带动所述驱动轮运动；所述驱动轮以及所述从动轮位于所述车载平台的下方，所述驱动轮以及所述从动轮位于所述车载平台的下方，所述驱动轮用于带动所述车载平台在所述隧道的轨道上移动；所述同步定位装置，与所述扫描仪、所述惯性导航器以及所述驱动电机分别连接，用于以所述扫描仪产生的脉冲信号为同步信号，将所述三维姿态数据以及所述行程数据进行数据同步整合，生成定位信息；所述三维空间信息重建装置，与所述同步定位装置以及所述扫描仪连接，用于基于所述点云数据集以及所述定位信息生成所述隧道的三维空间信息数据集；所述数据处理装置，用于根据所述三维空间信息数据集对所述隧道进行形变分析。进一步地，所述扫描仪，用于产生并向所述驱动电机、所述惯性导航器以及所述同步定位装置发送脉冲信号；所述驱动电机，用于每接收到一次脉冲信号，则记录一次当前的行程数据；并将所记录的行程数据发送至所述同步定位装置；所述惯性导航器，用于每接收到一次脉冲信号，则记录一次当前的三维姿态数据；并将所记录的三维姿态数据发送至所述同步定位装置；所述同步定位装置，用于基于所述脉冲信号，将所述记录的行程数据以及所述记录的三维姿态数据合并，以生成所述定位信息。进一步地，所述三维空间信息重建装置，用于将所述点云数据集与所述定位信息合并，以生成所述三维空间信息数据集。进一步地，所述检测装置还包括：位置传感器，所述位置传感器，分别安装于所述车载平台前方的左右两侧，分别与所述控制器连接，用于分别根据与轨道内侧面距离的不同产生不同的信号；所述控制器，用于接收并根据每个位置传感器产生的信号生成控制指令；所述驱动电机，用于根据所述控制指令改变转速，以调整所述检测装置的移动方向，其中，所述驱动电机以及所述驱动轮之间具有一一对应的关系。进一步地，所述检测装置还包括：设置在一侧驱动轮上的固定顶紧结构与设置在另一侧驱动轮上的浮动顶紧结构，所述固定顶紧结构和所述浮动顶紧结构构成安全限位系统，用于防止所述检测装置脱轨。进一步地，所述检测装置还包括：与所述车载平台连接的支撑架，所述扫描仪安装在所述支撑架上，所述支撑架的高度能够进行调节。进一步地，所述车载平台为“工”字型车载平台，包括两根长横梁以及连接两根长横梁中点的短横梁，所述支撑架安装在所述短横梁的中心处，所述惯性导航器安装在所述车载平台前侧一长横梁的中心处。进一步地，所述检测装置还包括：与所述控制器连接的红外遥控器，所述红外遥控器用于控制所述检测装置的启停。进一步地，所述检测装置还包括：供电装置，所述供电装置，与所述扫描仪、惯性导航、位置传感器、驱动电机分别连接，用于提供工作电压。进一步地，所述三维姿态数据包括：所述检测装置的位置坐标、横滚角、俯仰角以及航向角；所述行程数据包括：所述检测装置移动的路程；所述定位信息为所述三维姿态数据以及所述行程数据合并后得到的信息。第二方面，本技术提供了一种动态三维隧道断面形变检测及分析方法，所述方法应用于第一方面所述的系统中，所述系统包括检测装置，所述方法包括：控制扫描仪采集隧道断面信息以及轨道断面信息，以获取点云数据集；其中，所述扫描仪位于所述检测装置的车载平台上，所述车载平台随所述检测装置的移动而移动；控制惯性导航器获取所述检测装置的三维姿态数据；控制驱动电机获取所述检测装置的行程数据；基于同步信号将所述三维姿态数据、所述行程数据进行数据同步整合，以生成定位信息；其中，所述扫描仪产生的脉冲信号为所述同步信号；根据所述点云数据集以及所述定位信息生成所述隧道的三维空间信息数据集；根据所述三维空间信息数据集对所述隧道进行形变分析。进一步地，所述基于同步信号将所述三维姿态数据、所述行程数据进行数据同步整合，以生成定位信息包括：控制所述驱动电机每接收到一次脉冲信号，则记录一次当前的行程数据；控制所述惯性导航器每接收到一次脉冲信号，则记录一次当前的三维姿态数据；将记录的行程数据与三维姿态数据合并，生成定位信息。进一步地，根据所述点云数据集以及所述定位信息生成所述隧道的三维空间信息数据集包括：将点云数据集与定位信息进行合并，生成所述三维空间信息数据集。进一步地，所述方法还包括：接收每个位置传感器发送的信号；根据所述信号生成控制指令，以使得所述驱动电机根据所述控制指令调整自身转速，以进一步改变所述检测装置的移动方向，其中，所述驱动电机以及所述驱动轮之间具有一一对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动态三维隧道断面形变检测及分析系统，其特征在于，所述系统包括检测装置及同步定位装置、三维空间信息重建装置以及数据处理装置，所述检测装置包括：车载平台、扫描仪、控制器、惯性导航器、驱动电机、驱动轮以及从动轮，所述扫描仪位于所述车载平台上，用于采集隧道断面信息以及轨道断面信息，以获取点云数据集；所述惯性导航器，与所述车载平台连接，用于获取所述检测装置的三维姿态数据；所述控制器，与所述驱动电机连接，用于控制所述驱动电机的转速；所述驱动电机，与所述驱动轮连接，用于采集所述检测装置的行程数据，并带动所述驱动轮运动；所述驱动轮以及所述从动轮位于所述车载平台的下方，所述驱动轮以及所述从动轮位于所述车载平台的下方，所述驱动轮用于带动所述车载平台在所述隧道的轨道上移动；所述同步定位装置，与所述扫描仪、所述惯性导航器以及所述驱动电机分别连接，用于以所述扫描仪产生的脉冲信号为同步信号，将所述三维姿态数据以及所述行程数据进行数据同步整合，生成定位信息；所述三维空间信息重建装置，与所述同步定位装置以及所述扫描仪连接，用于基于所述点云数据集以及所述定位信息生成所述隧道的三维空间信息数据集；所述数据处理装置，用于根据所述三维空间信息数据集对所述隧道进行形变分析。...

【技术特征摘要】
1.一种动态三维隧道断面形变检测及分析系统，其特征在于，所述系统包括检测装置及同步定位装置、三维空间信息重建装置以及数据处理装置，所述检测装置包括：车载平台、扫描仪、控制器、惯性导航器、驱动电机、驱动轮以及从动轮，所述扫描仪位于所述车载平台上，用于采集隧道断面信息以及轨道断面信息，以获取点云数据集；所述惯性导航器，与所述车载平台连接，用于获取所述检测装置的三维姿态数据；所述控制器，与所述驱动电机连接，用于控制所述驱动电机的转速；所述驱动电机，与所述驱动轮连接，用于采集所述检测装置的行程数据，并带动所述驱动轮运动；所述驱动轮以及所述从动轮位于所述车载平台的下方，所述驱动轮以及所述从动轮位于所述车载平台的下方，所述驱动轮用于带动所述车载平台在所述隧道的轨道上移动；所述同步定位装置，与所述扫描仪、所述惯性导航器以及所述驱动电机分别连接，用于以所述扫描仪产生的脉冲信号为同步信号，将所述三维姿态数据以及所述行程数据进行数据同步整合，生成定位信息；所述三维空间信息重建装置，与所述同步定位装置以及所述扫描仪连接，用于基于所述点云数据集以及所述定位信息生成所述隧道的三维空间信息数据集；所述数据处理装置，用于根据所述三维空间信息数据集对所述隧道进行形变分析。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扫描仪，用于产生并向所述驱动电机、所述惯性导航器以及所述同步定位装置发送脉冲信号；所述驱动电机，用于每接收到一次脉冲信号，则记录一次当前的行程数据；并将所记录的行程数据发送至所述同步定位装置；所述惯性导航器，用于每接收到一次脉冲信号，则记录一次当前的三维姿态数据；并将所记录的三维姿态数据发送至所述同步定位装置；所述同步定位装置，用于基于所述脉冲信号，将所述记录的行程数据以及所述记录的三维姿态数据合并，以生成所述定位信息。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三维空...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪俊，易程，鲁德宁，龚小溪，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32