具有三维扫描功能的工程车和扫描处理方法技术

本发明专利技术提供了一种具有三维扫描功能的工程车和扫描处理方法，工程车包括：车体；扫描装置，设置于车体朝向工程车工作方向的一侧，扫描装置包括：安装部，与车体相连接，安装部可绕第一轴旋转；激光探头，与安装部相连接，激光探头可绕第二轴旋转，激光探头用于扫描基准定位点以确定工程车与基准定位点之间的距离值，并确定基准定位点在扫描坐标系下的第一坐标数据，以及扫描工程车工作方向的环境以得到环境在扫描装置的扫描坐标系下的第二坐标数据；控制器，用于根据距离值、编码器数值和基准定位点在预设的基准坐标系中的预设坐标数据确定工程车在基准坐标系中的第三坐标数据，并通过预设算法建立第二坐标数据在基准坐标系中对应的点云信息。

Engineering Vehicle with Three-dimensional Scanning Function and Scanning Processing Method

The invention provides an engineering vehicle with three-dimensional scanning function and a scanning processing method. The engineering vehicle includes a car body; a scanning device is arranged on the side of the car body towards the working direction of the engineering vehicle, and the scanning device includes: a mounting part, which is connected with the car body, and the mounting part can rotate around the first axis; a laser probe, which is connected with the mounting part, can rotate around the second axis; and a laser probe can rotate around the second axis; and a laser probe can rotate around the second axis. The probe is used to scan the reference positioning point to determine the distance between the engineering vehicle and the reference positioning point, and to determine the first coordinate data of the reference positioning point in the scanning coordinate system, and to scan the working direction of the engineering vehicle to obtain the second coordinate data of the environment in the scanning coordinate system of the scanning device; the controller is used to obtain the second coordinate data of the environment in the scanning coordinate system according to the distance value, the encoder value and the reference positioning point. The preset coordinate data in the preset reference coordinate system determines the third coordinate data of the engineering vehicle in the reference coordinate system, and the point cloud information corresponding to the second coordinate data in the reference coordinate system is established by the preset algorithm.

【技术实现步骤摘要】
具有三维扫描功能的工程车和扫描处理方法
本专利技术涉及隧道施工
，具体而言，涉及一种具有三维扫描功能的工程车和一种扫描处理方法。
技术介绍
为实现隧道施工的精准化、智能化，通过三维扫描仪来建立隧道的点云模型图变得尤为重要。随着隧道建设机械化、数字化和信息化的逐步推进，为实现精准、智能施工，隧道的三维重建必不可少。三维扫描是实现三维重建的关键所在。三维扫描即获取隧道的三维点云数据，因为激光具备发散角小，方向性好的特点，以激光技术为基础的扫描仪被广泛应用于测距，通过发射激光和接收激光的时间差得到点数据。传统扫描采用商用三维扫描仪或由一维旋转平台和二维激光测距仪搭建三维激光扫描仪来实现。其中，商用三维扫描仪防护等级低，常用于野外或室内环境，无法用于隧道工程机械车载工况，且结构复杂，价格较高。由一维旋转平台和二维激光测距仪搭建三维激光扫描仪，此方案可实现隧道扫描，但其精度取决于二维激光测距仪，成本和精度难以兼得。现有的三维激光扫描仪对工作环境的要求十分苛刻，在使用前需要花费大量时间进行环境布置，无法实现与工程车辆的随动，无法与施工进度同步进行，工作效率低下。因此，目前亟需一种可以跟随施工进度同步进行三维激光扫描的技术方案。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的第一方面提出一种具有三维扫描功能的工程车。本专利技术的第二方面提出一种扫描处理方法。有鉴于此，本专利技术的第一方面提供了一种具有三维扫描功能的工程车，包括：车体；扫描装置，设置于车体朝向工程车工作方向的一侧，扫描装置包括：安装部，与车体相连接，安装部可绕第一轴旋转；激光探头，与安装部相连接，激光探头可绕第二轴旋转，激光探头用于扫描基准定位点以确定工程车与基准定位点之间的距离值，并确定基准定位点在扫描坐标系下的第一坐标数据，以及扫描工程车工作方向的环境以得到环境在扫描装置的扫描坐标系下的第二坐标数据；控制器，与激光探头相连接，控制器用于根据距离值和基准定位点在预设的基准坐标系中的预设坐标数据确定工程车在基准坐标系中的第三坐标数据，并根据预设坐标数据和第一坐标数据确定扫描坐标系与基准坐标系间的相对关系，以通过相对关系将第二坐标数据换算至基准坐标系，并通过预设算法建立第二坐标数据在基准坐标系中对应的点云信息；其中，第一轴的轴线和第二轴的轴线相互垂直。在该技术方案中，工程车的车体上设置有扫描装置，可通过扫描装置实现对工程车周围环境的三维激光扫描。扫描装置具体包括安装部、激光探头和控制器；安装部与车体相连接，且可绕第一轴旋转；激光探头设置在安装部上，且激光探头可绕第二轴旋转，由于第一轴和第二轴的轴线相互垂直，由此激光探头可以扫描以第一轴所在的方向为x轴，第二轴所在的方向为y轴，激光探头所射出的激光的行进方向为z轴的三维空间，以得到周围环境在该三维空间中，扫描装置的扫描坐标系下的第二坐标数据。同时，激光探头还可以通过扫描基准定位点，其中基准定位点设置在工程车所处环境中，且基准定位点在基准坐标系中的坐标数据为已知的预设坐标数据，当激光探头扫描到基准坐标点后，可以获得工程车距离基准坐标点的准确的距离值，因此通过获取工程车距离多个基准定位点的距离值，即可通过一致的预设坐标数据推算工程车在基准坐标系，也即大地坐标系中的第三坐标数据，实现对工程车的准确定位。同时，激光探头在扫描到基准坐标点后，可以得到基准坐标点在扫描装置的扫描坐标系下的第一坐标数据，通过比对预设坐标数据和第一坐标数据之间的数学关系确定扫描坐标系与预设的基准坐标系之间的相对关系，并通过该相对关系将扫描坐标系下的第二坐标数据换算至基准坐标系中，并通过预设算法建立第二坐标数据在基准坐标系中对应的点云信息。应用了本专利技术提供的技术方案，工程车上设置有扫描装置，因此可以与工程车同步行进，不需要人工设置，因此可以伴随工程进度同步扫描，且通过扫描基准定位点可实现对工程车的精准定位，并通过基准定位点在基准坐标系中的预设坐标数据可实现将扫描得到的环境坐标归入基准坐标系，极大的提高了工作效率。同时激光探头成本较低，且应用技术成熟，实现低成本、高效能的工程施工。另外，本专利技术提供的上述技术方案中的具有三维扫描功能的工程车还可以具有如下附加技术特征：在上述技术方案中，进一步地，安装部包括：安装部本体；第一连接座，与车体相连接；第一旋转座，第一旋转座的一端与安装部本体相连接，第一旋转座的另一端与第一连接座相连接，第一旋转座可绕第一轴旋转。在该技术方案中，安装部包括安装部本体、第一连接座和第一旋转座，第一连接座与车体相连接，具体可采用焊接、铆接或通过螺栓等连接件实现连接，安装部本体通过可绕第一轴旋转的旋转座与连接座转动相连接，以实现安装部本体绕第一轴旋转。在上述任一技术方案中，进一步地，安装部本体设置有第一腔体，控制器设置于第一腔体内；安装部还包括：第一盖体，与安装部本体相连接，第一盖体覆盖于第一腔体上。在该技术方案中，安装部本体设置有第一腔体，控制器设置于第一腔体中；第一盖体覆盖于第一腔体上，以实现对控制器的保护作用，提高系统的可靠性。优选地，安装部本体上可设置用于使控制器的线材经由走线孔穿出并连接于激光探头的走线孔，以方便布线。在上述任一技术方案中，进一步地，安装部还包括：第一驱动装置，设置于第一腔体内，第一驱动装置的输出端与第一旋转座相连接；第一旋转编码器，设置于第一腔体内，与控制器和第一驱动装置相连接，第一旋转编码器用于根据控制器发送的第一控制信号控制第一驱动装置，以驱动第一旋转座绕第一轴旋转。在该技术方案中，第一腔体内设置有第一驱动装置和第一旋转编码器，第一驱动装置具体为电机，优选使用伺服电机。第一编码器接收控制装置发送的第一控制信号，并将第一控制信号编译为驱动第一驱动装置的电信号，以使第一驱动装置在电信号的驱动下转动，以实现第一旋转座绕第一轴旋转。在上述任一技术方案中，进一步地，安装部还包括：第二连接座，与激光探头相连接；第二旋转座，第二旋转座的一端与安装部本体相连接，第二旋转座的另一端与第二连接座相连接，第二旋转座可绕第二轴旋转。在该技术方案中，安装部还包括第二连接座和第二旋转座；第二旋转座的两端分别与安装部本体和第二连接座相连接，同时激光探头设置于第二连接座上，通过第二旋转座实现激光探头绕第二轴旋转。在上述任一技术方案中，进一步地，安装部还包括：第二驱动装置，设置于第一腔体内，第二驱动装置的输出端与第二旋转座相连接；第二旋转编码器，设置于第一腔体内，与控制器和第二驱动装置相连接，第二旋转编码器用于根据控制器发送的第二控制信号控制第二驱动装置，以驱动第二旋转座绕第二轴旋转。在该技术方案中，第一腔体内设置有第二驱动装置和第二旋转编码器，第二驱动装置具体为电机，优选使用伺服电机。第二旋转编码器接收控制装置发送的第二控制信号，并将第二控制信号编译为驱动第二驱动装置的电信号，以使第二驱动装置在电信号的驱动下转动，以实现第二旋转座绕第二轴旋转。优选地，驱动装置与对应的旋转轴通过皮带传动连接，进而降低驱动装置产生的噪音，同时起到缓冲吸震的效果，使得扫描装置的抗震能力、防护等级和使用寿命得到提高。同时皮带传动结构简单，空间占用较少，可有效提高空间利用率，而且在动力过载时，皮带传动会由于扭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有三维扫描功能的工程车，其特征在于，包括：车体；扫描装置，设置于所述车体朝向所述工程车工作方向的一侧，所述扫描装置包括：安装部，与所述车体相连接，所述安装部可绕第一轴旋转；激光探头，与所述安装部相连接，所述激光探头可绕第二轴旋转，所述激光探头用于扫描基准定位点以确定所述工程车与所述基准定位点之间的距离值，并确定所述基准定位点在所述扫描坐标系下的第一坐标数据，以及扫描所述工程车工作方向的环境以得到所述环境在所述扫描装置的扫描坐标系下的第二坐标数据；控制器，与所述激光探头相连接，所述控制器用于根据所述距离值、编码器数值和所述基准定位点在预设的基准坐标系中的预设坐标数据确定所述工程车在所述基准坐标系中的第三坐标数据，并根据所述预设坐标数据和所述第一坐标数据确定所述扫描坐标系与所述基准坐标系间的相对关系，以通过所述相对关系将所述第二坐标数据换算至所述基准坐标系，并通过预设算法建立所述第二坐标数据在所述基准坐标系中对应的点云信息；其中，所述第一轴的轴线和所述第二轴的轴线相互垂直。

【技术特征摘要】
1.一种具有三维扫描功能的工程车，其特征在于，包括：车体；扫描装置，设置于所述车体朝向所述工程车工作方向的一侧，所述扫描装置包括：安装部，与所述车体相连接，所述安装部可绕第一轴旋转；激光探头，与所述安装部相连接，所述激光探头可绕第二轴旋转，所述激光探头用于扫描基准定位点以确定所述工程车与所述基准定位点之间的距离值，并确定所述基准定位点在所述扫描坐标系下的第一坐标数据，以及扫描所述工程车工作方向的环境以得到所述环境在所述扫描装置的扫描坐标系下的第二坐标数据；控制器，与所述激光探头相连接，所述控制器用于根据所述距离值、编码器数值和所述基准定位点在预设的基准坐标系中的预设坐标数据确定所述工程车在所述基准坐标系中的第三坐标数据，并根据所述预设坐标数据和所述第一坐标数据确定所述扫描坐标系与所述基准坐标系间的相对关系，以通过所述相对关系将所述第二坐标数据换算至所述基准坐标系，并通过预设算法建立所述第二坐标数据在所述基准坐标系中对应的点云信息；其中，所述第一轴的轴线和所述第二轴的轴线相互垂直。2.根据权利要求1所述的具有三维扫描功能的工程车，其特征在于，所述安装部包括：安装部本体；第一连接座，与所述车体相连接；第一旋转座，所述第一旋转座的一端与所述安装部本体相连接，所述第一旋转座的另一端与所述第一连接座相连接，所述第一旋转座可绕所述第一轴旋转。3.根据权利要求2所述的具有三维扫描功能的工程车，其特征在于，所述安装部本体设置有第一腔体，所述控制器设置于所述第一腔体内；所述安装部还包括：第一盖体，与所述安装部本体相连接，所述第一盖体覆盖于所述第一腔体上。4.根据权利要求3所述的具有三维扫描功能的工程车，其特征在于，所述安装部还包括：第一驱动装置，设置于所述第一腔体内，所述第一驱动装置的输出端与所述第一旋转座相连接；第一旋转编码器，设置于所述第一腔体内，与所述控制器和所述第一驱动装置相连接，所述第一旋转编码器用于根据所述控制器发送的第一控制信号控制所述第一驱动装置，以驱动所述第一旋转座绕所述第一轴旋转。5.根据权利要求3所述的具有三维扫描功能的工程车，其特征在于，所述安装部还包括：第二连接座，与所述激光探头相连接；第二旋转座，所述第二旋转座的一端与所述安装部本体相连接，所述第二旋转座的另一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞香，郑大桥，秦念稳，邓泽，张盖，张子明，田旭，耿言言，陈姣元，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43