[發(fā)明專利]一種用于檢測隧道斷面幾何參數(shù)的裝置及其檢測方法

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• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112461198A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉亮;徐順東;戴小燕
• 申請（專利權(quán)）人: 常州沃翌智能科技有限公司
• 主分類號: G01C7/06
• 分類號: G01C7/06;G01C11/00
• 代理公司: 北京艾皮專利代理有限公司 11777
• 代理人: 楊克

一種用于檢測隧道斷面幾何參數(shù)的裝置及其檢測方法，本發(fā)明涉及隧道檢測技術(shù)領(lǐng)域，環(huán)形光斑光源垂直固定在底座上部的支架上，底座上固定有若干個相機(jī)組件，慣性測量傳感器固定在底座上方的支架上，且位于環(huán)形光斑光源的下方；每個相機(jī)組件均與相對應(yīng)的前端計(jì)算單元連接，數(shù)個前端計(jì)算單元均利用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與后端計(jì)算單元連接，環(huán)形光斑光源與光源驅(qū)動器連接，光源驅(qū)動器和慣性測量傳感器均與后端計(jì)算單元連接。其基于環(huán)形光斑光源和多相機(jī)，保證斷面的完整性，可以靈活調(diào)整測距量程和圖像采集速度，減少了相機(jī)組件及光源組件姿態(tài)角偏移引入的誤差，有利于測量精度的提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于檢測隧道斷面幾何參數(shù)的裝置及其檢測方法。

背景技術(shù)

軌道交通、公路隧道的周期性斷面幾何參數(shù)檢測是保障軌道交通、公路安全運(yùn)行必要措施。隨著軌道交通運(yùn)營里程及運(yùn)營時(shí)間的增加，以及軌道交通隧道的地下環(huán)境的日趨復(fù)雜，隧道結(jié)構(gòu)的收斂監(jiān)測的重要性和急迫性正在逐步提高。收斂監(jiān)測的頻率提高和有限的維護(hù)時(shí)間之間的矛盾越來越突出，需要一種高精度快速隧道斷面幾何參數(shù)測繪方法。

現(xiàn)有的隧道斷面幾何參數(shù)測繪方法主要有ToF測距逐點(diǎn)掃描法、雙目視覺測距法、基于離散結(jié)構(gòu)光及離散相機(jī)的三角測量法。現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)際檢測過程中，主要缺點(diǎn)為：ToF測距逐點(diǎn)掃描法雖然測距精度較高，但測量速度較慢，即使是較為快速的三維激光掃描儀，測點(diǎn)速度通常小于1000點(diǎn)/秒，對于隧道的幾何參數(shù)測量效率較低。雙目視覺測距法依賴隧道壁板上的特征標(biāo)志圖案，對于大范圍的隧道幾何參數(shù)測量，布放大量特征標(biāo)志圖案較為困難。基于離散結(jié)構(gòu)光及離散相機(jī)的三角測量法，其單組結(jié)構(gòu)光源-相機(jī)組成的組合體，對于隧道壁板的測距精度和測量速度可以滿足要求，但多組結(jié)構(gòu)光源-相機(jī)組合體之間的定位精度較難控制，造成設(shè)備整體的測量精度較單個組合體之間下降明顯。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種設(shè)計(jì)合理的用于檢測隧道斷面幾何參數(shù)的裝置及其檢測方法，其基于環(huán)形光斑光源和多相機(jī)，保證斷面的完整性，可以靈活調(diào)整測距量程和圖像采集速度，減少了相機(jī)組件及光源組件姿態(tài)角偏移引入的誤差，有利于測量精度的提高。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的一種用于檢測隧道斷面幾何參數(shù)的裝置：它包含環(huán)形光斑光源、光源驅(qū)動器、相機(jī)組件、底座、前端計(jì)算單元、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、后端計(jì)算單元和慣性測量傳感器；環(huán)形光斑光源垂直固定在底座上部的支架上，底座上固定有若干個相機(jī)組件，慣性測量傳感器固定在底座上方的支架上，且位于環(huán)形光斑光源的下方；每個相機(jī)組件均與相對應(yīng)的前端計(jì)算單元連接，數(shù)個前端計(jì)算單元均利用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與后端計(jì)算單元連接，環(huán)形光斑光源與光源驅(qū)動器連接，光源驅(qū)動器和慣性測量傳感器均與后端計(jì)算單元連接。

進(jìn)一步地，所述的若干個相機(jī)組件與底座的連接面為一個與環(huán)形光斑光源的光源軸線相重合的圓錐面的切面，且若干個相機(jī)組件均以相同高度環(huán)繞光源軸線分布設(shè)置。

進(jìn)一步地，所述的相機(jī)組件由相機(jī)、鏡頭和濾鏡構(gòu)成；相機(jī)上固定有鏡頭，鏡頭上固定有濾鏡。

進(jìn)一步地，所述的前端計(jì)算單元由相機(jī)數(shù)據(jù)接口、圖像處理單元、前端網(wǎng)絡(luò)接口和前端本地存儲器構(gòu)成；相機(jī)數(shù)據(jù)接口與圖像處理單元連接，圖像處理單元與前端網(wǎng)絡(luò)接口連接，圖像處理單元與前端本地存儲器連接，前端網(wǎng)絡(luò)接口與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接。

進(jìn)一步地，所述的后端計(jì)算單元由后端網(wǎng)絡(luò)接口、數(shù)據(jù)處理單元和后端本地存儲器構(gòu)成；后端網(wǎng)絡(luò)接口與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接，后端網(wǎng)絡(luò)接口與數(shù)據(jù)處理單元連接，數(shù)據(jù)處理單元與后端本地存儲器連接。

本發(fā)明所述的一種用于檢測隧道斷面幾何參數(shù)的檢測方法，它的操作步驟如下：

步驟一、環(huán)形光斑光源的光源軸線平行于隧道行進(jìn)方向，環(huán)形光斑光源在光源驅(qū)動器的驅(qū)動下，以連續(xù)或間隔發(fā)射激光，其輸出光連續(xù)分布于一個垂直于光源軸線的平面內(nèi)，并照射到被測物體表面，形成光斑；