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CN111273227A - 凿岩台车用激光扫描测量系统和方法 - Google Patents

凿岩台车用激光扫描测量系统和方法 Download PDF

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CN111273227A CN202010213178.XA CN202010213178A CN111273227A CN 111273227 A CN111273227 A CN 111273227A CN 202010213178 A CN202010213178 A CN 202010213178A CN 111273227 A CN111273227 A CN 111273227A
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laser
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邢泊
牛向军
黄燕
张肖盼
康家安
李荣鑫
梁世平
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Railway Engineering Equipment Group Tunnel Equipment Manufacturing Co Ltd
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Abstract

本发明涉及凿岩台车控制设备领域，特别涉及一种凿岩台车用激光扫描测量系统和方法，该系统包含：设置于工作空间侧壁上的若干标准球，每个标准球提供用于激光扫描的固定点位；设置于凿岩台车上的激光扫描器，该激光扫描器扫描固定点位和工作空间内点以获取对应标准数据和实时数据；及主机，用于接收标准数据和实时数据，通过标准数据获取工作空间绝对坐标并结合绝对坐标和实时数据获取工作空间内点的绝对坐标。本发明可在凿岩台车投入使用前进行标准化位姿调整，并且能够在扫描测量的过程中直接生成可以用于建模的数据，进而实现对工作空间的建模，而无需后期调整，大大提高了现场施工的效率，提升凿岩台车施工作业的稳定性，具有很强应用的前景。

Description

凿岩台车用激光扫描测量系统和方法
技术领域
本发明涉及凿岩台车控制设备领域，特别涉及一种凿岩台车用激光扫描测量系统和方法。
背景技术
凿岩台车在工作过程中，需要根据凿岩的实时情况来不断调整，因此需要对隧道进行扫描。现有技术中，主要是通过激光扫描器直接扫描得到，扫描结果会受到激光扫描器位置和姿态的制约而出现偏移或者翻转等情况，需要在后续过程中利用计算机重新修正并且拼接，效率比较低，而且对计算机的性能要求比较高。
发明内容
为此，本发明提供一种凿岩台车用激光扫描测量系统和方法，避免后期扫描测量数据的处理，降低数据计算处理负荷和计算机性能的要求，大幅提高现场的施工效率。
按照本发明所提供的设计方案，一种凿岩台车用激光扫描测量系统，包含：
设置于工作空间侧壁上的若干标准球，每个标准球提供用于激光扫描的固定点位；
设置于凿岩台车上的激光扫描器，该激光扫描器扫描固定点位和工作空间内点以获取对应标准数据和实时数据；
及主机，用于接收标准数据和实时数据，通过标准数据获取工作空间绝对坐标并结合绝对坐标和实时数据获取工作空间内点的绝对坐标。
作为本发明凿岩台车用激光扫描测量系统，进一步地，所述凿岩台车上设置有用于承载激光扫描器并与主机连接的云台，主机通过云台调节激光扫描器姿态。
作为本发明凿岩台车用激光扫描测量系统，进一步地，所述每个标准球提供多个固定点位。
作为本发明凿岩台车用激光扫描测量系统，进一步地，所述每个标准球提供3个固定点位。
进一步地，本发明还提供一种凿岩台车用激光扫描测量方法，基于上述的凿岩台车用激光扫描测量系统实现，该实现过程包含如下内容：
校准激光扫描器，使其摆动轴与云台俯仰轴相互垂直、激光扫描器中的发射中心与云台转动中心重合；
通过激光扫描器对标准球进行扫描获取标准球球心，并通过激光扫描器对固定点位进行多姿态测量，获取固定点位绝对坐标；
通过激光扫描器对工作空间内点进行扫描，并结合固定点位绝对坐标获取工作空间内点的绝对坐标。
作为本发明凿岩台车用激光扫描测量方法，进一步地，每个标准球提供三个固定点位，使用激光扫描器对三个固定点位进行多姿态测量，通过固定点位约束获取用于确定固定点位绝对坐标的交换矩阵。
本发明的有益效果：
本发明能够在凿岩台车投入使用之前对其进行标准化的位姿调整，并且能够在扫描测量的过程中直接生成可以用于建模的数据，进而实现对工作空间的建模，而无需后期调整，大大提高了现场施工的效率，提升凿岩台车施工作业的稳定性，具有很强应用的前景。
附图说明：
图1为实施例中激光扫描测量系统示意图。
具体实施方式：
下面结合附图和技术方案对本发明作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本发明的实施方式，但本发明的实施方式并不限于此。
现有凿岩台车作业中通过激光扫描器直接扫描，扫描结果会受到激光扫描器位置和姿态的制约而出现偏移或者翻转等情况，需要在后续过程中利用计算机重新修正并且拼接，效率比较低，而且对计算机的性能要求比较高。为此，本发明实施例中提供一种凿岩台车用激光扫描测量系统，参见图1所示，包含：设置于工作空间侧壁上的若干标准球，每个标准球提供用于激光扫描的固定点位；设置于凿岩台车上的激光扫描器，该激光扫描器扫描固定点位和工作空间内点以获取对应标准数据和实时数据；及主机，用于接收标准数据和实时数据，通过标准数据获取工作空间绝对坐标并结合绝对坐标和实时数据获取工作空间内点的绝对坐标。
使用过程中，通过标准球绝对坐标来获取工作空间内点的绝对坐标，能够在凿岩台车投入使用之前对其进行标准化的位姿调整，并且能够在扫描测量的过程中直接生成可以用于建模的数据，进而实现对工作空间的建模，而无需后期调整，大大提高了现场施工的效率，提升凿岩台车施工作业的稳定性，具有很强应用的前景。
作为本发明实施例中的凿岩台车用激光扫描测量系统，进一步地，所述凿岩台车上设置有用于承载激光扫描器并与主机连接的云台，主机通过云台调节激光扫描器姿态。
作为本发明实施例中的凿岩台车用激光扫描测量系统，进一步地，所述每个标准球提供多个固定点位，例如3个固定点位，其具体数目可根据实际施工环境和计算精度要求来设置。
进一步地，基于上述的凿岩台车用激光扫描测量系统实现，本发明实施例还提供一种凿岩台车用激光扫描测量方法，该实现过程包含如下内容：
校准激光扫描器，使其摆动轴与云台俯仰轴相互垂直、激光扫描器中的发射中心与云台转动中心重合；
通过激光扫描器对标准球进行扫描获取标准球球心，并通过激光扫描器对固定点位进行多姿态测量，获取固定点位绝对坐标；
通过激光扫描器对工作空间内点进行扫描，并结合固定点位绝对坐标获取工作空间内点的绝对坐标。
作为本发明实施例中的凿岩台车用激光扫描测量方法，进一步地，每个标准球提供三个固定点位，使用激光扫描器对三个固定点位进行多姿态测量，通过固定点位约束获取用于确定固定点位绝对坐标的交换矩阵。
结合标准球、云台、激光扫描器和主机，凿岩台车作业中姿态扫描测量的具体过程可描述如下：
1)部署激光扫描测量系统，并且进行校准。
通过校准使激光扫描器的摆动轴Zl与云台的俯仰轴Xr相互垂直，并且使激光发射器的发射中心Ol与云台的转动中心Or重合。
2)使用激光扫描器对标准球进行扫描，由激光投影线求解标准球球心。
激光扫描器的光平面法向量记为(m,n,l)，激光扫描器光平面与标准球相交得到的激光投影线为圆弧，激光投影线的圆心记为lOC、半径记为r，则通过圆弧拟合求解标准球球心lOS，C：cinle，S：sphere，l：laser，r：Rotator。具体方法可设计为：
2.1圆弧拟合lOc，r
Figure BDA0002423499020000051
lOc：对激光投影圆弧拟合的圆心坐标。
2.2标准球球心坐标计算lOs
Figure BDA0002423499020000052
lOs：标定球球心坐标
(m，n，l)：激光投影面的法线，(m,n,l)＝(0 0 1)
t：球/圆弧半径差值在激光投影面法线上的投影比例,
Figure BDA0002423499020000053
R为标准球的半径，±取决于lOC和lOS的相对位置。
2.3标准球球心
Figure BDA0002423499020000054
3)基于对固定标准球多位姿扫描的Laser/Rotator位姿校准：
Figure BDA0002423499020000061
3.1使用激光扫描器对固定点位进行多姿态测量，通过固定点位的约束，求解交换矩阵。即在2个已知位姿
Figure BDA0002423499020000062
处扫描校准球，由扫描计算得到的球心坐标及2个已知位姿，求解交换矩阵
Figure BDA0002423499020000063
的方法可设计为：
Figure BDA0002423499020000064
其中：ri：Rotator第i个位姿处，li：Laser第i个位姿处。由此有
Figure BDA0002423499020000065
3.2根据球心坐标计算获得的
Figure BDA0002423499020000066
和已知位姿
Figure BDA0002423499020000067
求解
Figure BDA0002423499020000068
Figure BDA0002423499020000069
校准的Laser/Rotator/相对位姿
4)基于对多个固定标准球多位姿扫描的Rotator/Drilljumb位姿
Figure BDA00024234990200000610
具体方法可为：
4.1、为云台设置零位{r0}。
4.2、计算云台绕俯仰轴Xr偏转绝对角度θi时的
Figure BDA00024234990200000611
ri：rotator第i个位姿处
4.3、控制云台转动带动激光扫描器对所有标准球的球心进行测量，得到lOSi，同时云台返回俯仰角度θi，则有
lOSi：标准球第i个位姿坐标
Figure BDA0002423499020000071
Figure BDA0002423499020000072
激光扫描仪对第i个固定点测量坐标
4.4、激光扫描器以DA和DB设站，并且测量DOsi。
DOsi：全站仪以DA和DB设站测出的标准球坐标
4.5、由
Figure BDA0002423499020000073
确定固定点位的绝对坐标。
Figure BDA0002423499020000074
校准的Rotator/Drilljumb相对位姿
5)使用激光扫描器对工作空间内的点进行扫描，并且结合绝对坐标系获取工作空间内的点的绝对坐标。具体方法可设计为：
5.1、由激光扫描器对工作空间内的点进行测量得到其坐标lP，同时云台输出相对零位的转动角度θ。
5.2、计算
Figure BDA0002423499020000075
Figure BDA0002423499020000076
校准的Rotator/Drilljumb相对位姿
Figure BDA0002423499020000077
由转台编码器测量角度计算的转台运动姿态
Figure BDA0002423499020000078
校准的Laser/Rotator/相对位姿
5.3、利用车体自身的导航系统计算
Figure BDA0002423499020000079
Figure BDA00024234990200000710
已知的车体导航位姿矩阵
5.4、联合计算
Figure BDA0002423499020000081
得到工作空间内的点的绝对坐标。
PG：在车体导航下的坐标
结合标准球、激光扫描器、云台和主机组成的激光扫描测量系统，能够在凿岩台车投入使用之前对其进行标准化的位姿调整，并且能够在扫描测量的过程中直接生成可以用于建模的数据，进而实现对工作空间的建模，而无需后期调整，大大提高了现场施工的效率，提升企业效益。
可以理解的是，前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
本文中术语“和/或”表示可以存在三种关系。例如，A和/或B可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非现定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (6)

1.一种凿岩台车用激光扫描测量系统，其特征在于，包含：
设置于工作空间侧壁上的若干标准球，每个标准球提供用于激光扫描的固定点位；
设置于凿岩台车上的激光扫描器，该激光扫描器扫描固定点位和工作空间内点以获取对应标准数据和实时数据；
及主机，用于接收标准数据和实时数据，通过标准数据获取工作空间绝对坐标并结合绝对坐标和实时数据获取工作空间内点的绝对坐标。
2.根据权利要求1所述的凿岩台车用激光扫描测量系统，其特征在于，所述凿岩台车上设置有用于承载激光扫描器并与主机连接的云台，主机通过云台调节激光扫描器姿态。
3.根据权利要求1所述的凿岩台车用激光扫描测量系统，其特征在于，所述每个标准球提供多个固定点位。
4.根据权利要求3所述的凿岩台车用激光扫描测量系统，其特征在于，所述每个标准球提供3个固定点位。
5.一种凿岩台车用激光扫描测量方法，其特征在于，基于权利要求1所述的凿岩台车用激光扫描测量系统实现，该实现过程包含如下内容：
校准激光扫描器，使其摆动轴与云台俯仰轴相互垂直、激光扫描器中的发射中心与云台转动中心重合；
通过激光扫描器对标准球进行扫描获取标准球球心，并通过激光扫描器对固定点位进行多姿态测量，获取固定点位绝对坐标；
通过激光扫描器对工作空间内点进行扫描，并结合固定点位绝对坐标获取工作空间内点的绝对坐标。
6.根据权利要求5所述的凿岩台车用激光扫描测量方法，其特征在于，每个标准球提供三个固定点位，使用激光扫描器对三个固定点位进行多姿态测量，通过固定点位约束获取用于确定固定点位绝对坐标的交换矩阵。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106225779A (zh) * 2016-07-29 2016-12-14 上海交通大学 基于三激光标记点图像的掘进机定位系统及定位方法
JP2018163063A (ja) * 2017-03-27 2018-10-18 西松建設株式会社 トンネル内空変位計測方法
CN108844490A (zh) * 2018-06-25 2018-11-20 中国铁建重工集团有限公司 一种隧道轮廓定位扫描设备及相关装置与方法
CN110530358A (zh) * 2019-09-20 2019-12-03 中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司 车体导航定位装置及导航系统和方法
CN212111764U (zh) * 2020-03-24 2020-12-08 中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司 凿岩台车用激光扫描测量系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106225779A (zh) * 2016-07-29 2016-12-14 上海交通大学 基于三激光标记点图像的掘进机定位系统及定位方法
JP2018163063A (ja) * 2017-03-27 2018-10-18 西松建設株式会社 トンネル内空変位計測方法
CN108844490A (zh) * 2018-06-25 2018-11-20 中国铁建重工集团有限公司 一种隧道轮廓定位扫描设备及相关装置与方法
CN110530358A (zh) * 2019-09-20 2019-12-03 中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司 车体导航定位装置及导航系统和方法
CN212111764U (zh) * 2020-03-24 2020-12-08 中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司 凿岩台车用激光扫描测量系统

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