[发明专利]在隧道衬砌外表面投影显示衬砌病害信息的移动式装置及方法

权利要求书

1.一种在隧道衬砌外表面投影显示衬砌病害信息的移动式投影装置，其特征在于，包括：车体、光源系统、控制系统和投影单元；所述控制系统、投影单元均设于所述车体上；所述光源系统用于为所述投影单元提供合适的亮度；

所述控制系统包括定位单元、测距单元、系统存储服务器和通信单元；工作时，所述定位单元获取车体所在位置的当前定位数据，且将当前定位数据通过所述通信单元发送至云端服务器，控制系统从云端服务器中所存储的病害信息数据包中调取与所述当前定位数据对应的病害信息数据，并且以图像形式下载至所述系统存储服务器中用于投影，其中，病害信息数据包中具有事先测量得到隧道中所有衬砌对应的衬砌病害信息；

所述测距单元在每次投影前测量衬砌外表面到所述投影单元的距离数据，并且传输至所述系统存储服务器；

所述系统存储服务器根据所述距离数据，控制所述投影单元将下载的图像投影至隧道的衬砌外表面上。

2.根据权利要求1所述的移动式投影装置，其特征在于：所述投影单元还包括受所述控制系统控制的变焦单元，在投影时，所述系统存储服务器根据所述距离数据，计算得到所述变焦单元需要的变焦指令，并传输至所述变焦单元，所述变焦单元根据所述变焦指令进行变焦，使所述投影单元将下载的图像投影至车体所在位置对应的整个衬砌外表面上。

3.根据权利要求2所述的移动式投影装置，其特征在于：所述变焦单元包括微动电机及受其驱动的变焦镜头；所述投影单元设置在一支架上，所述支架用于调整投影单元的安装角度和所朝方向。

4.根据权利要求1所述的移动式投影装置，其特征在于：所述投影单元还包括激光投影机和辅助摄像头，所述辅助摄像头与所述激光投影机的镜头同轴设置。

5.根据权利要求1所述的移动式投影装置，其特征在于：所述定位单元定位前，在工作路线的隧道内布置多个控制点位，使用全站仪测量获取的控制点坐标，对定位单元进行误差校准。

6.根据权利要求1所述的移动式投影装置，其特征在于：所述系统存储服务器具有记录每个工作位置的定位信息、测距信息、病害信息图像且以数据形成数据库的存储单元。

7.一种在隧道衬砌外表面投影显示衬砌病害信息的方法，其特征在于：

1)控制系统控制车体移动至工作位置，并且获取车体的当前定位数据，且将当前定位数据发送至云端服务器，控制系统从云端服务器中所存储的病害信息数据包中调取与所述当前定位数据对应的病害信息数据，并且以图像形式下载至系统存储服务器中用于投影，其中，病害信息数据包中具有事先测量得到隧道中所有衬砌对应的衬砌病害信息；

2)启动控制系统中的测距单元，在每次投影前测量衬砌外表面到投影单元的距离数据，并且传输至所述系统存储服务器；

3)所述系统存储服务器根据所述距离数据，控制所述投影单元将下载的图像投影至隧道的衬砌外表面上。

8.根据权利要求7所述的在隧道衬砌外表面投影显示衬砌病害信息的方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述投影单元在每次投影前，依照预设标准流程进行自适应投影几何校正，预设标准流程包括：

激光投影机对隧道衬砌外表面的非平面区域投射编码特征图作为主动结构光；

与所述激光投影机的镜头同轴设置的辅助摄像镜头，辅助摄像头采集所述编码特征图所形成的特征图像；

所述特征图像经图像处理后获取特征点集合，采用德洛内三角剖分算法对特征图像进行三角网格化，建立原始衬砌病害投影图像与特征图像的坐标转换关系；

根据所述坐标转换关系，对原始衬砌病害投影图像中单个三角网格覆盖区域进行双线性插值变换得到一个经过几何校正的三角形图像；对所有三角网格均进行几何变换后，重新拼接为完整的几何校正图像进行投影，以得到校正后的投影图像；

所述辅助摄像头再次采集所述校正后的投影图像，检测几何校正结果是否满足精度要求，若不满足则重复几何校正，直至校正后的投影图像所得几何校正结果满足精度要求。

9.根据权利要求7所述的在隧道衬砌外表面投影显示衬砌病害信息的方法，其特征在于，所述投影单元还包括受所述控制系统控制的变焦单元，在投影时，所述系统存储服务器根据所述距离数据，计算得到所述变焦单元需要的变焦指令，并传输至所述变焦单元，所述变焦单元根据所述变焦指令进行变焦，使所述投影单元将下载的图像投影至车体所在位置对应的整个衬砌外表面上。