一种三维激光扫描仪固定机构、地铁隧道采集系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种三维激光扫描仪固定机构、地铁隧道采集系统及方法，地铁隧道采集系统包括三维激光扫描仪固定机构、轨道车模块、距离传感器、RFID读写器和上位机；三维激光扫描仪连续采集隧道环片的点云数据，距离传感器实时采集里程数据传输给所述上位机，所述RFID读写器实时返回读写的所述RFID智能标签信号给所述上位机，由所述上位机完成多源数据融合和保存。本发明专利技术解决了三维激光扫描仪在断面扫描模式下自动马达不能锁死的问题，避免了误操作对扫描仪的损伤。通过匀速的轨道车和三维激光扫描仪两个模块的集成设计提高了采集数据的质量，实现了隧道变形数据及病害信息的自动化采集，降低了人工成本，提高了检测效率。

【技术实现步骤摘要】
一种三维激光扫描仪固定机构、地铁隧道采集系统及方法
本专利技术涉及地铁隧道检测领域，具体涉及一种三维激光扫描仪固定机构、地铁隧道采集系统及方法。
技术介绍
三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，三维激光扫描仪采用一个稳定度及精度良好的水平自动马达，能够测量可视场景内所有对象的三维坐标和激光反射率值。三维激光扫描仪的激光发射器镜头在竖直平面内旋转，同时自动马达带动扫描仪机身在水平方向旋转，完成360°三维场景扫描。三维激光扫描仪还具有断面扫描功能，激光发射器在竖直平面内旋转，三维激光扫描仪水平方向不转动，此功能常用于隧道内移动扫描，进行隧道断面变形监测。现有技术三维激光扫描仪在进行三维场景扫描时安装方式如下：三维激光扫描仪包括扫描仪机身、自动马达和基座，自动马达包括马达本体和马达转动轴,自动马达通过马达转动轴与扫描仪机身连接，自动马达本体和基座固定连接。当扫描仪进行三维场景扫描时，三维激光扫描仪通过基座固定在支撑架平台上，三维扫描过程中自动马达本体处于固定状态，自动马达开启后，自动马达的马达转动轴转动带动扫描仪机身在水平方向旋转。但当扫描仪在进行断面扫描时，为了保证扫描激光始终与隧道环片垂直，需要将扫描仪机身固定，而自动马达又不具有锁死功能，自动马达误操作启动后，马达转动轴因扫描仪机身固定而不能转动，马达本体因基座固定也不能转动，导致启动的驱动力使自动马达损伤。因此，三维激光扫描仪进行断面扫描过程中急需一种防止误操作造成三维激光扫描仪自动马达损伤的三维激光扫描仪固定机构。地铁隧道建成后，因地质条件、沿线施工、列车震动、结构老化等多种因素，会导致地铁隧道的变形，如直径收敛、隧道顶部塌陷、管壁渗漏水、隧道补砌管片缺角脱落、通信电缆及动力电缆等附属物脱落，从而严重影响地铁运营安全。因此需要对地铁隧道状态进行高频率的监测和巡查。目前传统人工测量隧道收敛变形和人工巡查隧道环片病害，测量效率低且人工成本高，不适于当前地铁运营夜间作业窗口期逐渐缩短的要求。目前的自动化采集系统为多台相机组合采集图像，整体精度受多台相机组合定位精度的影响。因此地铁隧道变形及病害数据采集中急需一种高效率、高精度的快速采集系统及方法。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种在断面扫描中防止误操作造成三维激光扫描仪自动马达损伤的三维激光扫描仪固定机构和全自动、能够同时采集隧道变形数据和病害信息的高精度、高效率的采集系统及方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种三维激光扫描仪固定机构,包括三维激光扫描仪和仪器安装平台；所述三维激光扫描仪包括机身、激光发射器和自动马达；所述机身中间有安装槽，所述激光发射器在所述安装槽内竖直平面旋转，所述机身底部中间为圆形构件，所述自动马达包括马达本体和转动轴,所述自动马达通过所述转动轴与所述机身底部圆形构件连接；所述仪器安装平台包括上部固定平板，所述固定平板中间为圆孔，所述圆孔一侧为豁口，所述固定平板下面通过若干支撑柱与支撑板固定连接；所述豁口和圆孔与所述圆形构件配合，所述圆形构件穿过所述豁口，进入所述圆孔，所述固定平板与所述机身底部螺接。进一步的，所述支撑板下部通过若干支撑柱与底部固定板固定连接，所述底部固定板的面积小于所述支撑板的面积。所述仪器安装平台，采用稳定、减震、保护激光扫描仪自动马达的机械设计。通过所述支撑板过渡的两层的支撑固定结构增加了一定高度的所述仪器安装平台的结构稳定性，同时所述底部固定板面积变小，可腾出所述轨道车模块上表面更多空间用于安装其它部件。所述三维激光扫描仪去除基座与所述仪器安装平台装配固定，将自动马达部分悬空，从而达到允许马达本体转动的效果，固定所述三维激光扫描仪机身的同时保护自动马达，所述仪器安装平台顶部预留了接线口和接线空间，保证所述三维激光扫描仪其他功能正常使用；三维激光扫描仪机身直接与仪器安装平台相连，减小了因为基座安装和扫描仪自动马达松动带来的系统安装误差，整体性更好；拆装方便，节约作业时间。一种地铁隧道采集系统，包括三维激光扫描仪固定机构、轨道车模块、距离传感器、RFID读写器和上位机；所述三维激光扫描仪固定机构固定在所述轨道车模块上，所述轨道车模块上配置距离传感器、RFID读写器和上位机；所述上位机通过无线或/和有线与所述三维激光扫描仪通信连接，通过串口分别与所述距离传感器和所述RFID读写器通信连接。进一步的，所述距离传感器为高精度光栅编码器，且所述距离传感器为脉冲信号输出,用于定位采集系统在隧道内的位置。进一步的，所述轨道车模块包括轨道车车体、轨道车控制器、轨道车控制器信号接收器、驱动机构、蓄电池和照明设备；所述轨道车控制器与所述轨道车控制器信号接收器通过无线或/和有线连接；所述轨道车车体周圈配置照明设备，所述蓄电池用于给所述照明设备供电。更进一步的，所述驱动机构包括高精度步进电机、传动装置，所述高精度步进电机通过所述传动装置与所述轨道车车体的车轮传动连接。一种地铁隧道采集方法，包括以下步骤；S1、所述轨道车模块带动整个采集系统以恒定的速度在地铁轨道上运行；S2、所述上位机发送启动采集指令给所述三维激光扫描仪、所述距离传感器和所述RFID读写器；S3、所述三维激光扫描仪、所述距离传感器和所述RFID读写器接收所述上位机的启动采集指令，所述三维激光扫描仪连续的采集隧道环片的点云数据并实时传输给所述上位机，所述距离传感器实时采集里程数据传输给所述上位机，所述RFID读写器识别地铁隧道内部环片上预设的RFID智能标签，并将识别信号实时返回给所述上位机；S4、所述上位机接收所述三维激光扫描仪、所述距离传感器和所述RFID读写器传输的数据，完成多源数据融合处理和保存。进一步的，步骤S1中，所述轨道车控制器发送控制信号，所述轨道车控制器信号接收器接收所述控制信号，对所述高精度步进电机进行无线控制，所述高精度步进电机通过传动装置驱动整个采集系统以恒定的速度在地铁轨道上运行，作业效率高，每小时可完成3.6km的隧道检测任务；进一步的，步骤S3中，所述三维激光扫描仪采集时，所述激光发射器在垂直于地铁轨道的竖直平面内旋转，移动扫描。所述三维激光扫描仪能够高精度的获得被测物体测点的三维坐标和激光反射率值，点云数据采集效率达到每秒百万级。所述RFID读写器用于识别环片上预设的所述RFID智能标签，用于精确定位采集系统当前的环号位置，与所述距离传感器一起精确定位采集系统的位置。所述上位机为便携式笔记本，安装有主控软件，通过WLAN方式与三维激光扫描仪连接，控制三维激光扫描仪数据采集，同时通过RS232串口分别与所述距离传感器和所述RFID读写器相连，接收所述距离传感器和所述RFID读写器的数据，进行多源数据融合处理。相比现有技术,本专利技术具有如下有益效果：1、三维激光扫描仪固定机构将自动马达悬空的设计在固定三维激光扫描仪机身的同时，有效解决了自动马达因误操作旋转损伤的问题，保护了仪器安全，提高了系统的整体稳定性。2、所述轨道车模块自主匀速巡航，车体及安装平台结构设计稳定性强，数据质量高。3、轨道车和三维激光扫描仪均一键启动，采集过程不需人工干预。4、三维激光扫描仪既能够采集隧道断面的变形数据，又可以获得隧道环片的病害信息，成果丰富。5、系统模块化设计，组装方便，操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维激光扫描仪固定机构,其特征在于，包括三维激光扫描仪(1)和仪器安装平台(2)；所述三维激光扫描仪包括机身(101)、激光发射器和自动马达(102)；所述机身(101)中间有安装槽，所述激光发射器在所述安装槽内竖直平面旋转，所述机身(101)底部中间为圆形构件，所述自动马达(102)包括马达本体和转动轴,所述自动马达(102)通过所述转动轴与所述机身(101)底部圆形构件连接；所述仪器安装平台(2)包括上部固定平板(201)，所述固定平板(201)中间为圆孔，所述圆孔一侧为豁口，所述固定平板(201)下面通过若干支撑柱(202)与支撑板(203)固定连接；所述豁口和所述圆孔与所述圆形构件配合，所述圆形构件穿过所述豁口，进入所述圆孔，所述固定平板与所述机身底部螺接。

【技术特征摘要】
1.一种三维激光扫描仪固定机构,其特征在于，包括三维激光扫描仪(1)和仪器安装平台(2)；所述三维激光扫描仪包括机身(101)、激光发射器和自动马达(102)；所述机身(101)中间有安装槽，所述激光发射器在所述安装槽内竖直平面旋转，所述机身(101)底部中间为圆形构件，所述自动马达(102)包括马达本体和转动轴,所述自动马达(102)通过所述转动轴与所述机身(101)底部圆形构件连接；所述仪器安装平台(2)包括上部固定平板(201)，所述固定平板(201)中间为圆孔，所述圆孔一侧为豁口，所述固定平板(201)下面通过若干支撑柱(202)与支撑板(203)固定连接；所述豁口和所述圆孔与所述圆形构件配合，所述圆形构件穿过所述豁口，进入所述圆孔，所述固定平板与所述机身底部螺接。2.根据权利要求1所述的一种三维激光扫描仪固定机构,其特征在于，所述支撑板(203)下部通过若干支撑柱与底部固定板(204)固定连接，所述底部固定板(204)的面积小于所述支撑板(203)的面积。3.一种基于权利要求1或2所述的一种三维激光扫描仪固定机构的地铁隧道采集系统，其特征在于，包括三维激光扫描仪固定机构、轨道车模块、距离传感器(4)、RFID读写器(7)和上位机(3)；所述三维激光扫描仪固定机构固定在所述轨道车模块上，所述轨道车模块上配置距离传感器(4)、RFID读写器(7)和上位机(3)；所述上位机(3)通过无线或/和有线与所述三维激光扫描仪(1)通信连接，通过串口分别与所述距离传感器(4)和所述RFID读写器(7)通信连接。4.根据权利要求3所述的一种地铁隧道采集系统，其特征在于，所述距离传感器(4)为高精度光栅编码器，且所述距离传感器(4)为脉冲信号输出,用于定位采集系统在隧道内的位置。5.根据权利要求3所述的一种地铁隧道采集系统，其特征在于，所述轨道车模块包括轨道车车体(12)、轨道车控制器(5)、轨道车控制器信号接收器(6...

【专利技术属性】
技术研发人员：程胜一，高志强，王令文，许正文，刘蝶，徐艺文，
申请(专利权)人：上海岩土工程勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31