CN203580743U - 一种车载式隧道测量系统 - Google Patents

Abstract

一种车载式隧道测量系统，包含车辆、车顶平台、控制组件、操作平台、电源系统和车轮编码器；所述车顶平台可拆卸的固定于车辆的顶部，所述控制组件和操作平台位于车辆；所述车顶平台上设有一安装板，所述安装板上安装有GPS天线单元和固定座，所述固定座上可拆卸的通过转轴铰接有一圆柱支杆，所述圆柱支杆上安装有激光扫描仪，所述圆柱支杆的顶端设有全景相机组件，所述圆柱支杆在全景相机组件的下方设有LED闪光灯组件；由此，本实用新型结构简单，装卸便利，能对隧道及常规环境都进行有效的测量和拍摄；可同时获取多种数据，效率更高；通过移动的平台（车辆）进行数据获取，能提高速度；还采用自动化处理，节约了人力，避免了错误。

Description

一种车载式隧道测量系统

技术领域

本实用新型涉及地理信息测绘领域，尤其涉及一种用于隧道安全检测的车载式隧道测量系统。

背景技术

近年来随着公路、铁路里程的增长，隧道的数量也越来越多，隧道的安全检测工作也越来越重要，传统上利用全测站的量测方式，精度虽高，但耗时费力；近年来快速发展的镭射扫描技术，精度亦高，但仪器昂贵，目前仍难以全面应用于隧道安全检测作业。

图像拼接技术要在隧道得到应用，需要通过数码相机在隧道进行拍照，对图像进行畸变校正和高精度拼接,获取隧道的全景图。补光成为重要组成部分。采用多个高速相机与闪光灯同步采集,经过图像处理，拼接得到隧道全景。

同时也可以通过向隧道壁投射若干激光标志点作为测量基准点，标定点在像方的坐标,配合激光扫描仪数据，采用空间坐标变换解析出像元多对应的空间三维坐标，以此实现对隧道的非接触式的测量，这样的测量方式能利用了图像处理技术，再通过对图像坐标到空间坐标的模型运算，得到真实隧道断面的坐标。

这些方法都存在结构复杂，程序较长的缺陷。

为此，本实用新型的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种车载式隧道测量系统，以克服上述缺陷。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题为：提供一种结构简单，使用方便，能结合多传感器的同步信号进行激光扫描和全景影像摄取的车载式隧道测量系统。

为解决上述问题，本实用新型公开了一种车载式隧道测量系统，包含车辆、车顶平台、控制组件、操作平台、电源系统和车轮编码器；其特征在于：

所述车顶平台可拆卸的固定于车辆的顶部，所述控制组件和操作平台位于车辆；

所述车顶平台上设有一安装板，所述安装板上安装有GPS天线单元和固定座，所述固定座上可拆卸的通过转轴铰接有一圆柱支杆，所述圆柱支杆上安装有激光扫描仪，所述圆柱支杆的顶端设有全景相机组件，所述圆柱支杆在全景相机组件的下方设有LED闪光灯组件；

所述车轮编码器位于车辆的车轮处；

所述操作平台设有显示器、鼠标和键盘；

所述控制组件包含计算机和同步信号控制器，该计算机和同步信号控制器放置于后备箱机柜中，该计算机与同步信号控制器、所述显示器和鼠标、键盘连接，该同步信号控制器与全景相机组件、GPS天线和车轮编码器连接以接收信号、供电和发出控制信号。

其中：所述车顶平台为铝制框体，其与车辆的车辆顶部的行李架连接。

其中：所述全景相机组件由四台相互间隔90度环状排列的单反相机组成，所述LED闪光灯组件由四个相互间隔90度环状排列的LED闪光灯组成。

其中：所述电源系统包含有发动机仓内电池，该发动机仓内电池通过空气开关连接至同步信号控制器以提供电源。

其中：所述电源系统还包含有后备箱电池和充电器，发动机仓内电池与后备箱电池并联。

其中：所述固定座上设有将所述圆柱支杆在垂直方向固定的环座，所述环座上设有至少一个通过螺栓固定至环座以将所述圆柱支杆固定的锁紧环。

通过上述结构可知，本实用新型的车载式隧道测量系统具有如下技术效果：

1、采集环境可变：一般采集车无法适应隧道内环境，此采集系统通过加装闪光灯组和改变拍摄方向，可以较好的获取隧道全景图像。通过改变相机架设方式，可以快速切换到常规环境采集模式。

2、获取信息全面：一次可以获取多种数据信息。

3、获取信息快捷：以这些移动平台的通行速度进行数据获取，效率比传统的作业方式提高了若干倍。

4、自动数据处理：所获取的数据和信息直接以数字的形式传输或存储到个人计算机或工作站，能进行实时、自动的数据处理。

本实用新型的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本实用新型车载式隧道测量系统的结构示意图。

图2显示了本实用新型车载式隧道测量系统的正视图。

图3本实用新型车载式隧道测量系统的部分结构示意图。

图4显示了本实用新型的应用示意图。

具体实施方式

参见图1至图3，显示了本实用新型的车载式隧道测量系统。

所述车载式隧道测量系统包含车辆11、车顶平台12、控制组件13、操作平台14、电源系统和车轮编码器21。

所述车顶平台12可拆卸的固定于车辆11的顶部，所述控制组件13和操作平台14位于车辆11上。

可选的是，所述车顶平台12为铝制框体，其与车辆11的车辆顶部的行李架连接。

所述车顶平台12上设有一安装板，所述安装板上安装有GPS天线单元15和固定座16，所述固定座16上可拆卸的通过转轴铰接有一圆柱支杆17，所述圆柱支杆17上安装有激光扫描仪18，所述圆柱支杆17的顶端设有全景相机组件19，所述圆柱支杆17在全景相机组件19的下方设有LED闪光灯组件20，其中，所述固定座16上设有将所述圆柱支杆17在垂直方向固定的环座，所述环座上设有至少一个通过螺栓固定至环座以将所述圆柱支杆17固定的锁紧环161（参见图3）。

其中，所述全景相机组件19由四台相互间隔90度环状排列的单反相机组成，所述LED闪光灯组件20由四个相互间隔90度环状排列的LED闪光灯组成。

可选的是，所述全景相机组件19还可使用8台两百万分辨率的工业相机组成，或使用6台Sony微单相机和4台nikon单反相机构成。

其中，所述车轮编码器21位于车辆11的车轮处。

其中，所述操作平台14位于车辆11的副驾驶位，可设有显示器、鼠标和键盘等组件供后排操作人员使用。

其中，所述控制组件13位于车辆后备箱机柜，其包含计算机和同步信号控制器，该计算机和同步信号控制器放置于后备箱机柜中，该计算机与同步信号控制器、所述显示器和鼠标、键盘等输入输出装置连接，该同步信号控制器与全景相机组件、GPS天线和车轮编码器连接以接收信号、供电和发出控制信号。

其中，所述电源系统包含有发动机仓内电池，该发动机仓内电池通过空气开关连接至同步信号控制器以提供电源。

其中，所述电源系统还包含有后备箱电池和充电器，发动机仓内电池与后备箱电池并联。

由此，本申请在进入隧道采集时，将圆柱支杆倒下（如图2），一台相机可正对隧道顶部，另外3台则对准隧道两侧及路面。4台LED闪光灯和相机同步触发以补光，激光扫描仪可扫描到隧道顶部和两侧。圆柱支杆立起时（如图1），通过固定座上的锁紧环可固定圆柱支杆，此时可进行隧道外的全景影像和激光点云采集。

本实用新型的数据采集车的内部主机安装了用于测量活动的控制软件，能够对系统进行实时控制和监视，主要有：

全景采集监控软件，主要是控制同步器向全景相机发送拍照指令，实时监控所有相机的拍摄情况，并将全景数据转存到计算机硬盘中。

SPAN控制软件，监控同步信号，GPS信号，数据接收、卫星个数及可用卫星个数，可视水平高及方向等。

SICK激光采集软件，提供3D的激光扫描数据。

地理信息描绘软件，根据SPAN信息在地图模板上显示和绘制地图

本实用新型采用的现有的成熟技术有：

1）高速激光扫描测量技术

三维城市模型的构建需要真三维的空间数据和真实影像数据，采用基于地面的激光扫描系统获取城市三维重建和局部区域空间信息。激光扫描仪能提高精度、可靠的尺寸数据。采用的扫描仪可分为2D和3D。2D类型的扫描仪用于获得垂直于车行进方向上的物体轮廓；而3D扫描仪则一次获得整个场景的三维点云数据。

2）高精度惯性定位测姿技术

车载数据要求位置精度高，数据准确。惯性测量单元为系统提供平台位置和姿态。系统的核心是集成惯性导航软件，它既实时运行于计算系统中，也可以后处理的方式运行于计算机上（POSPacTM）。该软件可集成GPS数据和IMU数据，并输出一个融合后的位置和角度。输出结果既保持了惯性导航的动态精度，也具有GPS的绝对精度。

测量系统在隧道进行作业时，GPS定位基本失效，此时惯性测量单元尤为重要。惯性测量单元和车轮编码器的数据经同步控制器整合，可得出较为准确的车辆行驶轨迹。

3）图像识别技术

隧道全景图片除了可供全景浏览外还可用于隧道信息分析。隧道安全检测需要查看隧道墙面是否出现裂缝等不安全因素，直接查看原始图像效率很低。通过对图像进行求导变换等处理，可快速看出隧道中裂缝等不安全地点。

本实用新型车载测量系统的重要技术有：

1）基于GPS和DMI组合的多传感器集成与高精度时间同步控制技术

车载系统是一种多源数据采集和融合的综合性系统。涉及到的源数据包括视觉影像数据（有全景影像，路面影像，立体影像，监控视频影像）、尺寸激光扫描数据、定位测姿的POS数据等。这些数据由不同的采集计算机获取，每种传感器和计算机有自己的工作频率或内部时间。为了在统一的时间和坐标系下展示、融合、分析这些数据，需要一个统一的时间和位置基准。

为此，本申请的多传感器同步控制器。它集成了GPS、陀螺仪、车轮编码器（DMI）和其它控制信息（手柄触发信号以获得线性参考坐标），建立了统一的时间基准、线性参考空间坐标系和GPS空间坐标系（WGS84）。能依据用户设定的测量要求，以时间或距离作为触发条件，当对其发出相应的同步控制指令时，同步控制器输出的触发信号能使具有外同步功能的传感器工作。不具有外同步功能的传感器则通过获得相应的同步数据，通过高精度的时间插值得到。

2）解决了多相机高清360度全景相机的拼接问题

针对Ladybug全景影像分辨率低和质量一般的问题，自行设计和研制了两种型号的全景相机。一种是使用8台两百万分辨率的工业相机组成的全景相机，另一种是使用6台Sony微单相机和4台nikon单反相机构成的高清全景相机。

在此过程中，解决了相机影像的同步获取和存储技术，多相机全景拼接和匀光等关键技术。

3）解决了多传感器集成标定问题

基于激光扫描与全景影像的车载测量系统集成技术最终目标是从采集到的大量的不同来源的数据中提取需要的空间和属性数据，从而实现车载系统存在的价值。

多传感器集成的车载测量系统的标定包括相对标定和绝对标定两个方面。相对标定是指各传感器内在参数的求解，以便获得该传感器或传感器组具有相对于自身安装中心的相对测量能力。绝对标定是指各传感器与绝对位置姿态传感器之间的相对关系求解。基于图像传感器的车载立体摄影测量子系统和激光扫描仪子系统都需要完成类似的绝对标定。绝对标定需要借助室外标定场来实现，室外标定场相对室内标定场而言，不需要太多个数的控制点。但每个控制点都必须带有大地坐标。

对于相机而言，建立了室内标定场来进行内参标定，建立室外标定场用于绝对位置和姿态标定。

对于激光扫描仪，先通过全站仪获得相对于POS的位置和姿态初值，然后在实际的融合数据中引入绝对控制点约束来精确求解。

通过上述结构可知，本实用新型的优点在于：

1、结构简单，装卸便利，能对隧道及常规环境都进行有效的测量和拍摄；

2、可同时获取多种数据，效率更高；

3、通过移动的平台（车辆）进行数据获取，能提高速度；

4、采用自动化处理，节约了人力，避免了错误。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本实用新型的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本实用新型不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本实用新型的教导的特定例子，本实用新型的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (6)

1.一种车载式隧道测量系统，包含车辆、车顶平台、控制组件、操作平台、电源系统和车轮编码器；其特征在于：

所述车顶平台可拆卸的固定于车辆的顶部，所述控制组件和操作平台位于车辆；

所述车顶平台上设有一安装板，所述安装板上安装有GPS天线单元和固定座，所述固定座上可拆卸的通过转轴铰接有一圆柱支杆，所述圆柱支杆上安装有激光扫描仪，所述圆柱支杆的顶端设有全景相机组件，所述圆柱支杆在全景相机组件的下方设有LED闪光灯组件；

所述车轮编码器位于车辆的车轮处；

所述操作平台设有显示器、鼠标和键盘；

所述控制组件包含计算机和同步信号控制器，该计算机和同步信号控制器放置于后备箱机柜中，该计算机与同步信号控制器、所述显示器和鼠标、键盘连接，该同步信号控制器与全景相机组件、GPS天线和车轮编码器连接以接收信号、供电和发出控制信号。

2.如权利要求1所述的车载式隧道测量系统，其特征在于：所述车顶平台为铝制框体，其与车辆的车辆顶部的行李架连接。

3.如权利要求1所述的车载式隧道测量系统，其特征在于：所述全景相机组件由四台相互间隔90度环状排列的单反相机组成，所述LED闪光灯组件由四个相互间隔90度环状排列的LED闪光灯组成。

4.如权利要求1所述的车载式隧道测量系统，其特征在于：所述电源系统包含有发动机仓内电池，该发动机仓内电池通过空气开关连接至同步信号控制器以提供电源。

5.如权利要求4所述的车载式隧道测量系统，其特征在于：所述电源系统还包含有后备箱电池和充电器，发动机仓内电池与后备箱电池并联。

6.如权利要求1所述的车载式隧道测量系统，其特征在于：所述固定座上设有将所述圆柱支杆在垂直方向固定的环座，所述环座上设有至少一个通过螺栓固定至环座以将所述圆柱支杆固定的锁紧环。

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