[發明專利]三維激光掃描尾礦壩體動態監測系統裝置

有效

• 申請號: 201110215579.X
• 申請日: 2011-07-29
• 公開（公告）號: CN102410834A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 胡少興
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 李新華;顧煒

技術領域

本發明涉及非接觸測量技術，具體地涉及三維激光掃描尾礦壩體的非接觸動態在線監測系統裝置。

背景技術

國家安全生產“十二五”發展規劃中對三等及以上尾礦庫限期全部安裝在線監測系統裝置提出了明確要求。三維激光掃描尾礦壩體動態監測系統裝置作為尾礦壩體在線監控系統的典型樣機，適應時代關于安全穩步發展的需要，對保護國家和人民的生命財產安全具有重要意義。

國外在尾礦庫安全運行監測上已形成了包含現場實時數據采集、數據資料綜合分析和安全警報等功能的監測預警系統。而國內的尾礦壩體監測主要包括人工測量、光纖監測及全站儀監測等方法，人工采用傳統儀器到現場進行測量，易受環境和現場條件的影響，且采集精度不高、信息滯后，同時還存在人員的人身安全問題；運用光纖監測安裝復雜，干擾施工，成本高，不適于遠距離測量，且誤差較大；運用全站儀需要在多個位置進行測量，采樣點稀疏且費時。目前尾礦壩體監測開始轉向以自動化、網絡化和信息管理智能化為手段的數字監控，迫切需要一種高精度、低成本和高效率的三維激光掃描尾礦壩體動態監測系統裝置，滿足國家關于安全生產的要求。

發明內容

本發明的解決的技術問題：克服現有在線監測技術的不足，提供一套三維激光掃描尾礦壩體的非接觸動態在線監測裝置，實現非接觸在線定時監測，單次掃描速度快，測量精度高，成本低；本發明有效地解決了國家關于安全生產的要求，且裝置適用于不同場景的尾礦壩體監測。

本發明的技術方案：三維激光掃描尾礦壩體動態監測系統裝置，其特征在于包括：機械單元、激光數據采集單元、控制驅動與反饋單元、通信及上位機單元，其中

機械單元，用于連接激光數據采集單元與水平方向電機和豎直方向電機，實現激光數據采集單元的水平和豎直方向掃描；水平方向旋轉變壓器與水平方向電機在水平方向電機與水平方向旋轉變壓器連接裝置的固定下同步運動，豎直方向旋轉變壓器和豎直方向電機在豎直方向電機與豎直方向旋轉變壓器連接裝置的固定下同步運動。

激光數據采集單元，可實時獲取地物點場景極半徑信息，在水平方向電機和豎直方向電機的帶動下，對尾礦壩體全景掃描，將獲得的數據信息通過高速數據采集卡傳遞給上位機。

控制驅動與反饋單元，水平方向驅動器和豎直方向驅動器分別控制水平方向電機和豎直方向電機，帶動激光數據采集單元實現水平和豎直維度的勻速掃描，通過水平方向旋轉變壓器和豎直方向旋轉變壓器實時獲取各個掃描位置的角度信息，在水平方向旋轉變壓器-數字轉換器和豎直方向旋轉變壓器-數字轉換器的整合下分別傳遞給水平方向驅動器和豎直方向驅動器，通過高速數據采集卡傳遞給上位機。

通信及上位機單元，高速數據采集卡將激光數據采集單元獲取的場景極半徑信息、水平方向旋轉變壓器及豎直方向旋轉變壓器獲得的角度信息實時傳送到上位機。上位機對獲取數據進行系統矯正，將各坐標系的數據歸一化到三維激光掃描尾礦壩體動態監測系統裝置的基準坐標系下，并將結果以三維點云的形式顯示出來；對各個標志點的三維坐標運用智能監測算法，判斷其是否與標準庫的結果一致；若不一致，則啟動相應的應急預案。

所述的激光數據采集單元為單點激光傳感器，在自然表面下采樣量程不小于300m，采樣頻率不小于2000，測量精度不小于60mm，具有RS-232/422/485接口的基于脈沖反射時差法的激光傳感器。較高的采樣頻率可減少單次激光掃描時間，激光傳感器的測量精度越高，三維激光掃描尾礦壩體動態監測系統裝置的掃描精度就越高，更加接近場景的真三維圖像，且控制接口簡單。

所述的水平方向電機為功率不小于172.8W，最大空載轉速630r/min，峰值堵轉扭矩不小于2.2N.m，電流不小于3.6A，質量小于1.5Kg，力矩電機通常使用在堵轉或低速情況下，具有堵轉力矩大，空載轉速低，不需要任何減速裝置可直接驅動負載，過載能力強，通過調節端電壓來控制輸出力矩與轉速的大小，體積較小等特點。

所述的豎直方向電機為功率不小于211.2w，最大空載轉速460r/min，峰值堵轉扭矩不小于4.4N.m，電流不小于4.4A，質量小于2.4Kg，力矩電機通常使用在堵轉或低速情況下，具有堵轉力矩大，空載轉速低，不需要任何減速裝置可直接驅動負載，過載能力強，通過調節端電壓來控制輸出力矩與轉速的大小，體積較小等特點。

所述的水平方向旋轉變壓器為轉換率最大為0.5±5％，最大電氣誤差為±10′，適用于-55～+155℃的環境，質量小于0.065Kg，輸出為正余弦模擬信號的角度傳感器。適用于高溫、嚴寒、潮濕、高振動等環境，為高精度監測、應用廣泛打下基礎。