[发明专利]隧道扫描系统及方法

说明书

本发明实施例提供一种隧道扫描系统及方法，该系统包括：安装台，该安装台能够驱动安装在该安装台的扫描设备在垂直于地平面的平面内转动；所述扫描设备，安装于所述安装台上，在所述安装台的驱动下进行转动，并在转动期间以发出射线，测量该扫描设备与所述隧道的被扫描点之间的距离；以及控制设备，用于控制所述安装台在一预定转动角度范围内转动，所述扫描设备的与该预定转动角度范围对应的扫描范围覆盖在所述隧道的高度方向上从所述隧道的截面的顶部至底部的范围。通过本发明，可通过控制安装台的转动完成隧道的轮廓扫描，不需要移动臂架，不会产生抖动，因此，避免了因抖动而导致扫描结果失真问题。

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体地涉及一种隧道扫描系统及方法。

背景技术

随着我国基础设施建设不断加快，铁路和公路建设对施工要求越来越高。隧道施工越来越多，难度越来越大，风险也随着越来越高。混凝土喷射机作为隧道施工的重要设备，被广泛应用在隧道混凝土搅拌和喷射施工中。传统的喷射机操作是通过遥控器控制完成的，操作要求高，操作手工作强度大，长时间在恶劣的隧道施工环境下工作，有损操作手身心健康，甚至有可能威胁其生命安全。为了解决这些问题，智能化喷射机应运而生。智能化喷射机能自主完成喷射作业，其首要解决的问题是识别隧道轮廓，规划喷射路径。

三维重建技术被用于识别隧道轮廓，其可分为被动式和主动式三维重建技术。被动式一般利用周围环境如自然光的反射，使用相机获取图像，然后通过特定算法计算得到物体的立体空间信息，然而，隧道施工环境差,光线较暗,而且相机的工作距离较小，被动式三维重建技术不适合隧道轮廓识别。主动式是指利用如激光、声波等光源或能量源发射至目标物体，通过接收返回的光波来获取物体的深度信息，非常适合于隧道环境。现有技术均使用三维激光扫描仪重建隧道轮廓，将三维扫描仪安装于臂架的末端，移动臂架进行扫描，通过后续处理得到隧道轮廓。此方法缺点明显，扫描时必须移动臂架，因臂架过长，车体的振动和臂架的抖动均会导致扫描结果失真。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种隧道扫描系统，其可通过控制安装台的转动完成隧道的轮廓扫描，不需要移动臂架，不会产生抖动，因此，避免了因抖动而导致扫描结果失真问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种隧道扫描系统，该系统包括：安装台，该安装台能够驱动安装在该安装台的扫描设备在垂直于地平面的平面内转动；所述扫描设备，安装于所述安装台上，在所述安装台的驱动下进行转动，并在转动期间以发出射线，测量该扫描设备与所述隧道的被扫描点之间的距离；以及控制设备，用于控制所述安装台在一预定转动角度范围内转动，所述扫描设备的与该预定转动角度范围对应的扫描范围覆盖在所述隧道的高度方向上从所述隧道的截面的顶部至底部的范围。

可选的，所述预定转动角度范围满足：

其中，A为所述预定转动角度范围，H3为所述隧道的高度，H为所述扫描设备距离地面平的高度，L为所述扫描设备与所述隧道的入口之间的距离。

可选的，所述控制设备还用于执行以下操作：根据所述安装台的转动角度、所述扫描设备所测量的该扫描设备与所述隧道的被扫描点之间的距离以及测量该距离所发出射线的角度，计算所述隧道的扫描面上的各个点在一三维直角坐标系下的坐标；根据所述坐标，生成关于隧道的扫描面上的各个点的点云数据；以及根据所述点云数据，对所述隧道的扫描面进行曲面拟合，以生成关于所述隧道的三维网格图。

可选的，所述安装台及所述扫描设备位于所述隧道外部。

可选的，所述扫描设备所发出的射线覆盖所述隧道的截面宽度。