本发明专利技术提供了一种移动扫描隧巷道断面及体积测量装置，包括激光器传感器安装底座、用于测量隧巷道内径的圆周激光测距传感器、用于测量隧巷道长度的圆心激光测距传感器、用于测量测量装置运动速度的速度传感器、多通道数据采集转换硬件；圆周激光测距传感器和圆心激光测距传感器设置于激光器传感器安装底座的同一表面，圆周激光测距传感器均匀分布于以圆心激光测距传感器为圆心所在圆的圆周上；所述的圆周激光测距传感器、圆心激光测距传感器和速度传感器均与多通道数据采集转换硬件电连接；多通道数据采集转换硬件与用于控制测量装置状态的人机操作界面电连接。本发明专利技术可一次性获得隧巷道断面面积(变断面)和体积。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于隧巷道施工领域，具体涉及一种移动扫描隧巷道断面及体积测量装置及其测量方法。
技术介绍
公路隧道、矿山巷道及城市地铁隧道等地下巷道工程的设计、施工、验收等工作均需要对巷道的几何形状、喷涂量、开挖量等数据进行测量。通常对这些参数的处理方式为使用塔尺人工测量记录，然后计算，这种处理方式要求人工量多、过程长、误差大。移动扫描隧(巷)道断面及体积测量方法及装置利用激光、电子、计算机技术，实现断面的几何形状测量、断面面积计算、喷涂量计算，为工程技术人员、质量检测人员提供便捷快速工具。文献“巷道断面自动测定方法及其装置”(余新明，石零，吴学军(CN101846507A))，对隧巷道断面面积测量采用的是把测距传感器固定在一转动轴上，通过轴转动带动激光测距传感器旋转测量行隧道断面相应点的距离，获得断面面积，这种方法存在的缺陷是一次测量只能获得断面面积(周长)而不能同时得到体积，由于使用旋转的方法，一次测量的时间比较长，也不能让仪器边运动边测量。文献“基于激光断面的隧道安全监测系统的研究”(李志鹏等，机电一体化，第1期，第70-73页，2008年)，采用的是云台轴转动带动激光测距传感器测量方法，不能同时获得隧巷道体积和面积，同样不能运动中测量。文献[CN2911606Y]公开的一种隧道界限检测快速测量装置，其采用的是电机转轴，带动激光测距仪转动测距，再配合相应软件算法实现。文献[CN2272568Y]公开的一种激光隧道断面测量仪，其采用了以隧道基桩为基准，测量仪关键部分仍采用步进电机转动带动激光测距传感器测距，再配合相应软件算法实现。综上所述，现有的几种巷道断面测定仪存在的主要问题是：利用转轴带动激光测距传感器对隧巷道断面进行圆周扫描，这样单个断面的测量因转动导致测量耗时长；不能对断面测量的同时进行与隧巷道中心线方向上的距离测量；无法进行一次测量即获得断面面积(周长)又获得隧巷道的体积；无法进行运动中的断面和体积测量。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种移动扫描隧巷道断面及体积测量装置及其测量方法，一次性获得隧巷道断面面积(变断面)和体积。本专利技术提供了一种移动扫描隧巷道断面及体积测量装置，它包括用于测量隧巷道长度的圆心激光测距传感器、用于测量测量装置运动速度的速度传感器、多通道数据采集转换硬件；圆周激光测距传感器和圆心激光测距传感器设置于激光器传感器安装底座的同一表面，圆周激光测距传感器均匀分布于以圆心激光测距传感器为圆心所在圆的圆周上；圆周激光测距传感器所发出的激光光线处于同一平面同时该平面的法线与圆心激光测距传感器所发出的光线平行；所述速度传感器设置于安装底座上。所述的圆周激光测距传感器、圆心激光测距传感器和速度传感器均与多通道数据采集转换硬件电连接；多通道数据采集转换硬件与用于控制测量装置状态的人机操作界面电连接。所述圆周激光测距传感器相邻两个的激光器发出的光线间夹角为1°～5°；所述夹角的顶点在圆心激光测距传感器的发光点。所述多通道数据采集转换硬件接收来自圆周激光测距传感器、圆心激光测距传感器和速度传感器的数据信息的时间间隔在ms级。所述圆周激光测距传感器均匀分布于以圆心激光测距传感器为圆心所在圆面的多个圆周上。本专利技术提供了基于上述移动扫描隧巷道断面及体积测量装置的测量方法，包括以下步骤:a.圆周激光测距传感器测量隧巷道壁到激光测距探头的距离；利用极坐标扇形积分原理，对测量得到的若干个两个相邻的圆周激光测距传感器发出的激光光线间所夹的微分扇形面积Si进行积分求和，得到隧巷道断面面积S，即b.圆周激光测距传感器测量隧巷道壁到激光测距探头的距离；利用极坐标扇形积分原理，对测量得到的若干个两个相邻的圆周激光测距传感器发出的激光光线间所加的扇形的微分弧长Li进行积分求和，得到隧巷道断面周长L，即其中，ri、ri+1为相邻两个圆周测距激光传感器所测的距离分别加上各自到圆心测距激光传感器激光器的距离，θ为相邻两个圆周测距激光传感器的夹角；c.所述测量装置运动时隧巷道体积V由公式V＝S×v×Δt计算得出，其中v为测量装置运动速度，Δt为测量时间间隔；或所述测量装置静止时隧巷道体积V由公式V＝S×h计算得出，其中S为隧巷道断面面积，h为圆心激光测距传感器测量的距离。所述步骤a中用中间插值方法对各微分面积的计算进行划分，把两个相邻圆周激光测距传感器发出的光线间的扇形分成2-5个扇形。所述步骤b中用中间插值方法对各微分弧长的计算进行划分，把两个相邻圆周激光测距传感器发出的激光光线间的扇形分成2-5个扇形。所述中间插值方法为原第Si个微分面积为并在此基础上进一步插值。所述中间插值方法为原第Li个微分弧长为并在此基础上进一步插值。本专利技术利用圆周激光测距传感器、圆心激光测距传感器和多通道数据采集转换硬件，配合仪器软件实现隧巷道断面(面积和周长)的快速测量。本专利技术利用圆周激光测距传感器和速度传感器在运动状态对断面进行测量的同时进行运动距离的计(测)量，利用圆心激光测距传感器在静止时对断面测量的同时测量隧巷道中心线方向上的距离。本专利技术在安装底座上沿圆周均匀分布圆周激光测距传感器，无需利用转轴带动激光测距传感器对隧巷道断面进行圆周扫描，一次性对多个断面进行测量，有效节约测量时长。本专利技术通过获得的断面面积和测量装置运动速度实时利用仪器软件实现在运动状态进行隧巷道断面和体积的一次测量，和静止时对隧巷道断面和体积进行测量。本专利技术利用人机操作界面有效实现对测量装置的实时控制和测量信息的反馈。本专利技术在仪器软件的插值算法的支持下大大提高测量精度。附图说明图1是本专利技术结构示意图a；图2是本专利技术结构示意图b；图3是本专利技术结构示意图c；其中，1-圆周激光测距传感器、2-圆心激光测距传感器、3-速度传感器、4-激光传感器安装底座、5-多通道数据采集转换硬件、6-人机操作界面，7-隧巷道。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本专利技术构成限定。如图所示，本专利技术一种移动扫描隧巷道断面及体积测量装置，它包括激光器传感器安装底座4、圆周激光测距传感器1、圆心激光测距传感器2、速度传感器3、多通道数据采集转换硬件5；圆周激光测距传感器1和圆心激光测距传感器2设置于激光器传感器安装底座4的同一表面，圆周激光测距传感器1均匀分布于以圆心激光测距传感器2为圆心所在圆的圆周上；且相邻圆周激光测距传感器1的夹角大于0本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种移动扫描隧巷道断面及体积测量装置，其特征在于：它包括激光器传感器安装底座、用于测量隧巷道内径的圆周激光测距传感器、用于测量隧巷道长度的圆心激光测距传感器、多通道数据采集转换硬件；圆周激光测距传感器和圆心激光测距传感器设置于激光器传感器安装底座的同一表面，圆周激光测距传感器均匀分布于以圆心激光测距传感器为圆心所在圆的圆周上；圆周激光测距传感器所发出的激光光线处于同一平面同时该平面的法线与圆心激光测距传感器所发出的光线平行；所述的圆周激光测距传感器、圆心激光测距传感器均与多通道数据采集转换硬件电连接。
【技术特征摘要】
1.一种移动扫描隧巷道断面及体积测量装置，其特征在于：它包括激光器传感器安装
底座、用于测量隧巷道内径的圆周激光测距传感器、用于测量隧巷道长度的圆心激光测距
传感器、多通道数据采集转换硬件；圆周激光测距传感器和圆心激光测距传感器设置于激
光器传感器安装底座的同一表面，圆周激光测距传感器均匀分布于以圆心激光测距传感器
为圆心所在圆的圆周上；圆周激光测距传感器所发出的激光光线处于同一平面同时该平面
的法线与圆心激光测距传感器所发出的光线平行；所述的圆周激光测距传感器、圆心激光
测距传感器均与多通道数据采集转换硬件电连接。
2.根据权利要求1所述的移动扫描隧巷道断面及体积测量装置，其特征在于圆周激光
测距传感器相邻两个的激光器发出的光线间夹角为1°～5°；所述夹角的顶点在圆心激光测
距传感器的发光点。
3.根据权利要求1所述的移动扫描隧巷道断面及体积测量装置，其特征在于还包括用
于测量测量装置运动速度的速度传感器，所述速度传感器设置于安装底座上，速度传感器
与多通道数据采集转换硬件电连接。
4.根据权利要求1所述的移动扫描隧巷道断面及体积测量装置，其特征在于多通道数
据采集转换硬件接收来自圆周激光测距传感器、圆心激光测距传感器和速度传感器的数据
信息的时间间隔在ms级。
5.根据权利要求1所述的移动扫描隧巷道断面及体积测量装置，其特征在于圆周激光
测距传感器均匀分层且错落设置；圆周激光测距传感器均匀分布于以圆心激光测距传感器
为圆心所在圆面的多个圆周上。
6.一种移动扫描隧巷道断面及体积测量方法，其特征在于包括以下步骤：
a.圆周激光测距传感器测量隧巷道壁到激光测距探头的距离；利用极坐标扇形积分原
理，对...
【专利技术属性】
技术研发人员：石零，余新明，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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