[发明专利]移动扫描隧巷道断面及体积测量装置及其测量方法

权利要求书

1.一种移动扫描隧巷道断面及体积测量装置，其特征在于：它包括激光器传感器安装底座、用于测量隧巷道内径的圆周激光测距传感器、用于测量隧巷道长度的圆心激光测距传感器、多通道数据采集转换硬件；圆周激光测距传感器和圆心激光测距传感器设置于激光器传感器安装底座的同一表面，圆周激光测距传感器均匀分布于以圆心激光测距传感器为圆心所在圆的圆周上；圆周激光测距传感器所发出的激光光线处于同一平面同时该平面的法线与圆心激光测距传感器所发出的光线平行；所述的圆周激光测距传感器、圆心激光测距传感器均与多通道数据采集转换硬件电连接；圆周激光测距传感器均匀分层且错落设置；圆周激光测距传感器均匀分布于以圆心激光测距传感器为圆心所在圆面的多个圆周上；还包括用于测量测量装置运动速度的速度传感器，所述速度传感器设置于安装底座上，速度传感器与多通道数据采集转换硬件电连接。

2.根据权利要求1所述的移动扫描隧巷道断面及体积测量装置，其特征在于相邻的两个圆周激光测距传感器发出的光线间夹角为1°～5°；所述夹角的顶点在圆心激光测距传感器的发光点。

3.根据权利要求1所述的移动扫描隧巷道断面及体积测量装置，其特征在于多通道数据采集转换硬件接收来自圆周激光测距传感器、圆心激光测距传感器和速度传感器的数据信息的时间间隔在ms级。

4.基于权利要求1所述的移动扫描隧巷道断面及体积测量装置的测量方法，其特征在于包括以下步骤:

a.圆周激光测距传感器测量隧巷道壁到圆周激光测距传感器的激光测距探头的距离；利用极坐标扇形积分原理，对测量得到的若干组中的每组的两个相邻的圆周激光测距传感器发出的激光光线间所夹的微分扇形面积Si进行积分求和，得到隧巷道断面面积S，

即

b.圆周激光测距传感器测量隧巷道壁到圆周激光测距传感器的激光测距探头的距离；利用极坐标扇形积分原理，对测量得到的若干组中的每组的两个相邻的圆周激光测距传感器发出的激光光线间所夹的扇形的微分弧长L_i进行积分求和，得到隧巷道断面周长L，

即

其中，r_i、r_i+1为相邻两个圆周激光测距传感器所测的距离分别加上各自到圆心激光测距传感器激光器的距离，θ为相邻两个圆周激光测距传感器的夹角；

c.所述移动扫描隧巷道断面及体积测量装置运动时隧巷道体积V由公式V＝S×v×Δt计算得出，其中v为移动扫描隧巷道断面及体积测量装置运动速度，Δt为测量时间间隔；

或所述移动扫描隧巷道断面及体积测量装置静止时隧巷道体积V由公式V＝S×h计算得出，其中S为隧巷道断面面积，h为圆心激光测距传感器测量的距离；将移动扫描隧巷道断面及体积测量装置放置于隧巷道的端口，当测量一段隧巷道的断面面积周长和体积后，移动到上次圆心激光测距传感器测量的截止距离处，进行下一段隧巷道的断面面积周长和体积测量，如此往复完成整个隧巷道的测量。

5.根据权利要求4所述的移动扫描隧巷道断面及体积测量方法，其特征在于步骤a中用中间插值方法对各微分面积的计算进行划分，把两个相邻圆周激光测距传感器发出的光线间的扇形分成2-5个扇形。

6.根据权利要求5所述的移动扫描隧巷道断面及体积测量方法，其特征在于步骤b中用中间插值方法对各微分弧长的计算进行划分，把两个相邻圆周激光测距传感器发出的激光光线间的扇形分成2-5个扇形。

7.根据权利要求6所述的移动扫描隧巷道断面及体积测量方法，其特征在于所述中间插值方法为原第s_i个微分面积为并在此基础上进一步插值。

8.根据权利要求7所述的移动扫描隧巷道断面及体积测量方法，其特征在于所述中间插值方法为原第L_i个微分弧长为并在此基础上进一步插值。