CN216012129U - 一种地下空洞三维数据获取装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种地下空洞三维数据获取装置，包括连接杆和激光探头，其特征在于：所述连接杆下端固定连接激光探头上端，激光探头上段为探测端，中段为线路承载板，中段外侧设置有中端保护罩，下段为扫描端。本实用新型针对探测地下空洞的装置，其成本合理可控；通过该装置精确探明地下空洞的三维形态，并获取视频或照片，结合获取得三维数据，就能对空洞区建立三维模型，解决了钻井电视的视距范围小和地面式激光扫描仪无法到达的问题，以及减小对建设工程产生的威胁和目前国内市场对于此类装置几乎没有的现状；此装置也将硬件及软件一体化，大大加快了工作效率，实时得获取到地下狭窄空间的三维数据并进行一系列的人机交互。
Description
技术领域
本实用新型属于空间三维数据获取技术领域，具体涉及一种地下空洞三维数据获取装置。
背景技术
随着现代科学信息时代各行各业对空间数据需求的日益增长，常规的数据获取方式和数据处理模式已经不能满足信息化需要，测量的数据也从二维形式向三维形式转换，三维点云数据获取作为系统的基础成为必不可少的部分。高精度、便携、装置结构简单易搭、价格是三维点云数据获取系统的几个关键因素。
对于一些空间狭窄或隐蔽的地方，数据的采集是非常困难的。如地下溶洞、采空区存在下放孔径小、空间形态复杂、埋深大，还有人员及测量设备无法到达、安全风险大等情况,无法进行常规的人工测量，然而常见的地下空洞探测手段包括地质钻探、钻孔电视、电法、瞬变电磁、地震反射、探地雷达等,这些常规的探测手段能够找到地下空洞的大致位置，但是无法精确探明地下空洞的三维形态和体积。此现状将对诸多正在建设工程产生难题和已建设完成工程造成严重的隐形威胁。
针对地下空洞和采空区的场景条件，市场仅有的几款国外设备仪器。虽然比较适合用于地下空洞和采空区的三维数据采集，但是，设备价格昂贵，基本价格在一百万至两百万之间，并且操作的复杂程度和探测整体过程产生的成本较高。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型设计了一种地下空洞三维数据获取装置，该装置包括连接杆和激光探头，激光探头上段为探测端，中段为线路承载板，中段外侧设置有中端保护罩，下段为扫描端；
探测端包括：探测端保护罩，保护摄像头；摄像头，寻找工作区，获取照片、视频等工作区数据；支架承载摄像头，与直齿连接配合旋转；轴承和直齿，配合步进电机使摄像头旋转；探测端轴承座，承载并连接探测端所有零件；电机架放置步进电机，与直齿固定连接位置；步进电机，通过电脉冲信号提供固定角度位移驱动力；
扫描端包括：保护罩保护激光雷达；激光雷达，获取点云数据；激光雷达外座，承载激光雷达，与直齿连接配合旋转；扫描端轴承座，承载并连接扫描端所有零件；轴承和直齿，配合步进电机使激光雷达旋转；电机架：放置步进电机，与直齿固定连接位置；步进电机，通过电脉冲信号提供固定角度位移驱动力；
线路承载板包括：STC12单片机，通过写入代码控制步进电机所需计算机语言控制步进电机的固定角度旋转；步进电机驱动板，连接STC12单片机与步进电机之间，通过STC12单片机发送的逻辑信号配合步进电机的驱动；电压转换及稳定器，转换零件所需电压，并稳定电压输出以保证零件的工作正常；数据传输器，将获取的激光雷达数据通过串口输出；电线和信号线：传输电能与数据信号。
为了达到上述技术效果，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种地下空洞三维数据获取装置，包括连接杆和激光探头，其特征在于：所述连接杆下端固定连接激光探头上端，激光探头上段为探测端，中段为线路承载板，中段外侧设置有中端保护罩，下段为扫描端。
进一步的，所述中端保护罩上端开4个螺纹孔，通过螺丝与上端连接，下端开6个螺纹孔通过螺丝与下端连接。
进一步的，所述探测端包括探测端保护罩、摄像头、支架、大轴承、小轴承、探测端轴承座、小齿轮、大齿轮、电机架和步进电机，步进电机可拆卸的安装在电机架上并带动小齿轮，小齿轮另一端可拆卸的安装有小轴承并安装在探测端轴承座，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮和大轴承可拆卸的安装在支架的杆上，大轴承可拆卸的安装在探测端轴承座上，支架另一端可拆卸的安装摄像头，摄像头外部笼罩探测端保护罩。
进一步的，所述扫描端包括扫描端保护罩、激光雷达、激光雷达外座、扫描端轴承座、大轴承、小轴承、小齿轮、大齿轮、电机架和步进电机，步进电机可拆卸的安装在电机架上并带动小齿轮，小齿轮另一端可拆卸的安装有小轴承并安装在扫描端轴承座，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮和大轴承可拆卸的安装在激光雷达外座的杆上，大轴承可拆卸的安装在扫描端轴承座上，激光雷达可拆卸的安装在激光雷达外座上，扫描端保护罩笼罩在激光雷达。
进一步的，所述线路承载板包含单片机、步进电机驱动板、电压转换及稳定器、数据传输器、电线和信号线；电压转换及稳定器一端与电源连接，另一端与单片机、激光雷达和摄像头连接；步进电机驱动板一端连接步进电机，另一端与单片机连接；数据传输线一端与激光雷达连接，另一端与电脑端连接；电线和信号线用于连接各零件。
进一步的，所述大齿轮包括但不限于直齿M1X40，小齿轮包括但不限于直齿M1X20，大轴承包括但不限于6021型轴承，小轴承包括但不限于609ZZ型轴承，单片机包括但不限于STC12单片机，螺丝包括但不限于M4螺丝。
进一步的，所述保护罩、支架、探测端轴承座、电机架、扫描端保护罩、激光雷达外座、扫描端轴承座和线路承载板采用的材质包括但不限于铝材或铝合金。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型的一种地下空洞三维数据获取装置，针对探测地下孔洞或者隐蔽空间的装置，其成本合理可控，不需要目前现有设备的几百万成本；通过该装置精确探明地下空洞的三维形态，并获取视频或照片，结合获取的三维数据，就能对狭窄地下钻孔中的空洞区建立模型，解决了钻井电视的视距范围小和地面式激光扫描仪无法到达的问题，以及目前国内市场对于探测地质钻孔中空洞的激光雷达几乎没有的现状。如果还是使用传统的方法，既不能得到地下空洞的精确模型，也对施工的安全产生威胁和大大增加施工成本；此装置将硬件及软件一体化，大大加快了工作效率，能实时得获取到狭窄及隐蔽空间的三维数据并进行一系列的人机交互。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型内部结构示意图；
图3是本实用新型探测端结构示意图；
图4是本实用新型扫描端结构示意图；
图5是本实用新型装置工作流程图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、连接杆；2、激光探头；21、探测端；211、探测端保护罩；212、摄像头；213、支架；214、大轴承；215、小轴承；216、探测端轴承座；217、小齿轮；218、大齿轮；219、电机架；2110、步进电机；22、线路承载板；23、中端保护罩；24、扫描端；241、扫描端保护罩；242、激光雷达；243、激光雷达外座；244、扫描端轴承座。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例
参阅图1至图5所示，一种地下空洞三维数据获取装置，包括连接杆1和激光探头2，其特征在于：所述连接杆1下端固定连接激光探头2上端，激光探头2上段为探测端21，中段为线路承载板22，中段外侧设置有中端保护罩23，下段为扫描端24。
所述中端保护罩23上端开4个螺纹孔，通过螺丝与上端连接，下端开6个螺纹孔通过螺丝与下端连接。
所述探测端21包括探测端保护罩211、摄像头212、支架213、大轴承214、小轴承215、探测端轴承座216、小齿轮217、大齿轮218、电机架219和步进电机2110，步进电机2110可拆卸的安装在电机架219上并带动小齿轮217，小齿轮217另一端可拆卸的安装有小轴承215并安装在探测端轴承座216，小齿轮217与大齿轮218啮合，大齿轮218和大轴承214可拆卸的安装在支架213的杆上，大轴承214可拆卸的安装在探测端轴承座上216，支架213另一端可拆卸的安装摄像头212，摄像头212外部笼罩探测端保护罩211。
探测端21包括：探测端保护罩211，保护摄像头212；摄像头212寻找工作区，获取照片、视频等工作区数据；支架213承载摄像头212，与齿轮连接配合旋转；轴承和直齿，配合步进电机使摄像头212旋转；探测端轴承座216，承载并连接探测端21所有零件；电机架219放置步进电机2110，与齿轮固定连接位置；步进电机2110，通过电脉冲信号提供固定角度位移驱动力；
所述扫描端24包括扫描端保护罩241、激光雷达242、激光雷达外座243、扫描端轴承座244、大轴承214、小轴承215、小齿轮217、大齿轮218、电机架219和步进电机2110，步进电机2110可拆卸的安装在电机架219上并带动小齿轮217，小齿轮217另一端可拆卸的安装有小轴承215并安装在扫描端轴承座244，小齿轮217与大齿轮218啮合，大齿轮218和大轴承214可拆卸的安装在激光雷达外座243的杆上，大轴承214可拆卸的安装在扫描端轴承座244上，激光雷达242可拆卸的安装在激光雷达外座243上，扫描端保护罩241笼罩在激光雷达242。
扫描端包括：扫描端保护罩241保护激光雷达242；激光雷达242，获取点云数据；激光雷达外座243，承载激光雷达242，与齿轮连接配合旋转；扫描端轴承座244，承载并连接扫描端24所有零件；轴承和直齿，配合步进电机使激光雷达旋转；电机架219放置步进电机2110，与齿轮固定连接位置；步进电机2110，通过电脉冲信号提供固定角度位移驱动力；
所述线路承载22板包含单片机，步进电机驱动板、电压转换及稳定器、数据传输器、电线和信号线电连接到单片机上。
线路承载板22包括：STC12单片机，通过写入所需计算机语言控制步进电机的固定角度旋转；步进电机驱动板，连接STC12单片机与步进电机之间，通过STC12单片机发送的逻辑信号配合步进电机的驱动；电压转换及稳定器，转换零件所需电压，并稳定电压输出以保证零件的工作正常；数据传输器，将获取的激光雷达数据通过串口输出；电线和信号线：传输电能与数据信号。
所述大齿轮218包括但不限于直齿M1X40，小齿轮217包括但不限于直齿M1X20，大轴承214包括但不限于6021型轴承，小轴承215包括但不限于609ZZ型轴承，单片机包括但不限于STC12单片机，螺丝包括但不限于M4螺丝。
所述探测端保护罩211、扫描端保护罩241、支架213、探测端轴承座216、电机架219、激光雷达外座243、扫描端轴承座244和线路承载板22采用的材质包括但不限于铝材或铝合金。
工作时，由探测端21进行探测，当检测到目标后由扫描端24进行扫描，然后综合探测端21采集到的图片、视频和扫描端的点云数据，进行建模与分析。
本实用新型的一种地下空洞三维数据获取装置，针对探测地下孔洞或者隐蔽空间的装置，其成本合理可控，不需要目前现有设备的几百万成本；通过该装置精确探明地下空洞的三维形态，并获取视频或照片，结合获取的三维数据，就能对狭窄地下钻孔中的空洞区建立模型，解决了钻井电视的视距范围小和地面式激光扫描仪无法到达的问题，以及目前国内市场对于探测地质钻孔中空洞的激光雷达几乎没有的现状。如果还是使用传统的方法，既不能得到地下空洞的精确模型，也对施工的安全产生威胁和大大增加施工成本；此装置将硬件及软件一体化，大大加快了工作效率，能实时得获取到狭窄及隐蔽空间的三维数据并进行一系列的人机交互。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (7)
1.一种地下空洞三维数据获取装置，包括连接杆和激光探头，其特征在于：所述连接杆下端固定连接激光探头上端，激光探头上段为探测端，中段为线路承载板，中段外侧设置有中端保护罩，下段为扫描端。
2.根据权利要求1所述一种地下空洞三维数据获取装置，其特征在于，所述中端保护罩上端开4个螺纹孔，通过螺丝与上端连接，下端开6个螺纹孔通过螺丝与下端连接。
3.根据权利要求1所述一种地下空洞三维数据获取装置，其特征在于，所述探测端包括探测端保护罩、摄像头、支架、大轴承、小轴承、探测端轴承座、小齿轮、大齿轮、电机架和步进电机，步进电机可拆卸的安装在电机架上并带动小齿轮，小齿轮另一端可拆卸的安装有小轴承并安装在探测端轴承座，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮和大轴承可拆卸的安装在支架的杆上，大轴承可拆卸的安装在探测端轴承座上，支架另一端可拆卸的安装摄像头，摄像头外部笼罩探测端保护罩。
4.根据权利要求1所述一种地下空洞三维数据获取装置，其特征在于，所述扫描端包括扫描端保护罩、激光雷达、激光雷达外座、扫描端轴承座、大轴承、小轴承、小齿轮、大齿轮、电机架和步进电机，步进电机可拆卸的安装在电机架上并带动小齿轮，小齿轮另一端可拆卸的安装有小轴承并安装在扫描端轴承座，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮和大轴承可拆卸的安装在激光雷达外座的杆上，大轴承可拆卸的安装在扫描端轴承座上，激光雷达可拆卸的安装在激光雷达外座上，扫描端保护罩笼罩在激光雷达。
5.根据权利要求1所述一种地下空洞三维数据获取装置，其特征在于，所述线路承载板包含单片机、步进电机驱动板、电压转换及稳定器、数据传输器、电线和信号线；电压转换及稳定器一端与电源连接，另一端与单片机、激光雷达和摄像头连接；步进电机驱动板一端连接步进电机，另一端与单片机连接；数据传输线一端与激光雷达连接，另一端与电脑端连接；电线和信号线用于连接各零件。
6.根据权利要求3或4所述一种地下空洞三维数据获取装置，其特征在于，所述大齿轮包括但不限于直齿M1X40，小齿轮包括但不限于直齿M1X20，大轴承包括但不限于6021型轴承，小轴承包括但不限于609ZZ型轴承，单片机包括但不限于STC12单片机，螺丝包括但不限于M4螺丝。
7.根据权利要求3所述一种地下空洞三维数据获取装置，其特征在于，所述探测端保护罩、支架、探测端轴承座、电机架、扫描端保护罩、激光雷达外座、扫描端轴承座和线路承载板采用的材质包括但不限于铝材或铝合金。
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Cited By (2)
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| CN115900871A (zh) * | 2023-03-02 | 2023-04-04 | 江苏煤炭地质物测队 | 一种用于检测路基空洞面积的测量设备 |
| CN116696321A (zh) * | 2023-07-07 | 2023-09-05 | 天河道云（北京）科技有限公司 | 一种用于隐覆空区的三维激光钻孔扫描探测装置及方法 |
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| CN115900871B (zh) * | 2023-03-02 | 2023-05-16 | 江苏煤炭地质物测队 | 一种用于检测路基空洞面积的测量设备 |
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