本實用新型涉及隧道監(jiān)控及質量檢測技術領域，具體涉及一種用于三維激光點云數(shù)據拼接和坐標傳遞的部件。

背景技術：

現(xiàn)有技術中，隧道內數(shù)據的采集采用激光掃描儀進行掃描，具體是：將標靶張貼在隧道內壁上，車載三維掃描儀沿隧道中心線方式移動，通過將激光投射至標靶上。采集隧道點云數(shù)據時同時采集到標靶的點云數(shù)據，標靶的中心點用來作為特征點進行站點拼接和坐標導入。

現(xiàn)有的標靶大部分是采用紙質標靶，此種標靶具有以下缺陷：(1)在隧道內紙質標靶無法貼在隧道內壁上，隧道內施工條件復雜，隧道內側非平面，紙質標靶使用無法保證平整度；(2)紙質標靶貼于內壁時，與隧道前進方向平行，當掃描儀站點離標靶距離超過兩倍隧道直徑時，由于入射角太小，標靶上返射回的激光點云密度小，標靶無法擬合中心點，導致坐標無法被傳遞，且隧道兩站之間拼接誤差較高。

現(xiàn)有技術中還有球形標靶和球加棱鏡結合型的標靶，此種標靶在隧道內壁上固定不方便，且因為本身的結構(球心在內部，易發(fā)生散射)，誤差較大，不適合坐標的傳遞。

因此，設計一種結構精簡、安裝和拆卸方便以及不受掃描儀的擺放位置的限制能確保入射角在30°以上的標靶具有重要意義。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型目的在于提供一種結構精簡、安裝和拆卸方便以及不受掃描儀的擺放位置的限制能確保入射角在30°以上的用于三維激光點云數(shù)據拼接和坐標傳遞的部件，具體技術方案如下：

一種用于三維激光點云數(shù)據拼接和坐標傳遞的部件，包括支撐架以及設置在所述支撐架上的標靶；

所述支撐架包括用于與隧道內壁進行固定的固定面板以及用于固定所述標靶的支撐面板；

所述標靶包括標靶圖案；

所述固定面板中與隧道內壁接觸的接觸面以及所述支撐面板中與所述標靶圖案接觸的固定面均為平面，且所述接觸面與所述固定面之間的夾角為30°-60°。

以上技術方案中優(yōu)選的，所述支撐架為空心的三菱柱結構，在垂直于其高度方向的平面上，其橫截面為等邊三角形或等腰三角形。

以上技術方案中優(yōu)選的，所述固定面板上設有用于固定螺栓或螺絲的通孔。

以上技術方案中優(yōu)選的，所述通孔為圓形通孔或橢圓形通孔。

以上技術方案中優(yōu)選的，所述通孔的數(shù)量為4個，四個所述通孔位于四邊形的四個角的位置，且一條對角線上的兩個所述通孔為圓形通孔，另一條對角線上的兩個所述通孔為橢圓形通孔。

以上技術方案中優(yōu)選的，所述接觸面與所述固定面之間的夾角為30°、45°或60°。

以上技術方案中優(yōu)選的，所述標靶圖案為通過激光絲印加工方式設置在所述支撐面板上的金屬部件；所述支撐架的材質為鋁合金或啞光不銹鋼。

以上技術方案中優(yōu)選的，所述標靶圖案為正方形，正方形的邊長為15cm、20cm、25cm或30cm。

以上技術方案中優(yōu)選的，所述支撐面板中的固定面上還設有標示部位，所述標示部位位于所述標靶圖案的上方、側面或者下方。

應用本實用新型的技術方案，具有以下有益效果：

(1)本實用新型用于三維激光點云數(shù)據拼接和坐標傳遞的部件，包括支撐架以及設置在所述支撐架上的標靶，所述支撐架包括用于與隧道內壁進行固定的固定面板以及用于固定所述標靶的支撐面板，所述標靶包括標靶圖案，整體結構精簡；所述固定面板中與隧道內壁接觸的接觸面以及所述支撐面板中與所述標靶圖案接觸的固定面均為平面，便于將支持架固定在隧道內壁上和將標靶固定在支撐架上；所述接觸面與所述固定面之間的夾角為30°-60°，使得本實用新型標靶安裝后，標靶所在平面與隧道內壁形成一定夾角，無論激光掃描儀怎么擺放，均能確保射向標靶的激光的入射角保持在30°以上，與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的技術方案增大了入射角，從而使得點云的密度和標靶的擬合精度都得到提高，進而可以提高掃描距離和標靶的中心點擬合質量，改善了掃描站點之間的拼接精度，減小了系統(tǒng)拼接誤差并提高了工作效率。

(2)本實用新型中所述支撐架為空心的三菱柱結構，在垂直于其高度方向的平面上，其橫截面為等邊三角形或等腰三角形，且等邊三角形或等腰三角形的邊長是21-30cm；所述支撐架的高為15-22cm。采用空心的三菱柱結構，結構簡單，既便于安裝(將支撐架安裝在隧道內壁上以及將標靶安裝在支撐架上)，同時，又能確保射向標靶圖案的激光的入射角在30°以上。

(3)本實用新型中所述固定面板上設有用于固定螺栓或螺絲的通孔，所述通孔為圓形通孔或橢圓形通孔，便于將支撐架固定在隧道內壁上；通孔的數(shù)量為四個，排列在四邊形的四個角上，且其中兩個為圓形通孔，另外兩個為橢圓形通孔，在實際安裝過程中，隧道內壁打安裝孔時容易打歪，本實用新型的設計能確保支撐架很好地固定在隧道內壁上(即便有打歪的安裝孔，通過橢圓形通孔的調節(jié)也能確保支撐件安裝上)。

(4)本實用新型中所述標靶圖案為通過激光絲印加工方式設置在所述支撐面板上的金屬材質；所述支撐架的材質為鋁合金或啞光不銹鋼。標靶圖案的加工方式和材質的選擇，清晰度高，再結合支撐架的材質的選擇，可以多次重復使用，且使用壽命長。

(5)本實用新型中所述支撐面板中的固定面上還設有標示部位，所述標示部位位于所述標靶圖案的上方、側面或者下方。標示部位可以噴印數(shù)字，這樣做的目的是為了在隧道掃描圖形處理和拼接時，不會把標靶的標注順序弄錯，提高工作效率。

除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本實用新型還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照圖，對本實用新型作進一步詳細的說明。

附圖說明

構成本申請的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中：

圖1是實施例1的用于三維激光點云數(shù)據拼接和坐標傳遞的部件的結構示意圖；

圖2是圖1中的支撐架的結構示意圖；

圖3是圖1的用于三維激光點云數(shù)據拼接和坐標傳遞的部件的應用原理示意圖；

其中，1、支撐架，1.1、固定面板，1.11、接觸面，1.12、通孔，1.2、支撐面板，1.21、固定面，1.22、標示部位，2、標靶，2.1、標靶圖案，3、激光掃描儀，4、隧道內壁。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明，但是本實用新型可以根據權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。

實施例1：

參見圖1和圖2，一種用于三維激光點云數(shù)據拼接和坐標傳遞的部件，包括支撐架1以及設置在所述支撐架1上的標靶2。

所述標靶2包括標靶圖案2.1，所述標靶圖案2.1為通過激光絲印加工方式設置在所述支撐面板1.2上的金屬部件，通過激光絲印加工而成，不易脫落，且圖案清晰可見。

所述支撐架1包括用于與隧道內壁進行固定的固定面板1.1以及用于固定所述標靶2的支撐面板1.2；所述支撐架1為空心的三菱柱結構，在垂直于其高度方向的平面上，其橫截面為等邊三角形或者等腰三角形，且等邊三角形邊長是21cm；所述支撐架1的高為15cm；所述固定面板1.1上設有用于固定螺栓或螺絲的通孔1.12，所述通孔1.12的數(shù)量為4個，四個所述通孔1.12位于四邊形的四個角的位置，且一條對角線上的兩個所述通孔1.12為圓形通孔，另一條對角線上的兩個所述通孔1.12為橢圓形通孔。

所述固定面板1.1中與隧道內壁接觸的接觸面1.11以及所述支撐面板1.2中與所述標靶圖案2.1接觸的固定面1.21均為平面，且所述接觸面1.11與所述固定面1.21之間的夾角Q為30°-60°。所述支撐面板1.2中的固定面1.21上還設有標示部位1.22，所述標示部位1.22位于所述標靶圖案2.1的下方(還可以根據實際情況設置在上方或側邊上，滿足不同的需求)。

上述用于三維激光點云數(shù)據拼接和坐標傳遞的部件的使用方法包括以下步驟：

第一步、在隧道軸線方向分為多個站點；將標有編號的用于三維激光點云數(shù)據拼接和坐標傳遞的部件依次通過膨脹螺釘固定在隧道內壁上；將激光掃描儀架設在車輛上；

第二步、車輛以30-60km/h的速度沿隧道長度方向行駛，激光掃描儀采集隧道內點云數(shù)據并將所采集到的數(shù)據進行存儲；

第三步、將第二步所存儲的數(shù)據導入計算機，計算機通過去噪抽稀和過濾雜點處理，把隧道內點云數(shù)據中的標靶進行依次編號，相鄰兩個站點共用的標靶采用相同的編號；對多個站點進行點云數(shù)據拼接。第三步中的詳細過程可以參照現(xiàn)有技術。

隧道內標靶的坐標的傳遞要另外用全站儀輔助導入，把每個標靶的坐標測量計算出來即可(此部分為現(xiàn)有技術)。

應用本實用新型用于三維激光點云數(shù)據拼接和坐標傳遞的部件進行數(shù)據采集時的原理圖如圖3，具體是：

從圖3中可以看出：激光與標靶的入射角∠BDP＝180°-∠ADB＝∠BAD+∠ABD，其中：tan∠BAD＝d/S，d為掃描儀到隧道內壁的距離(d大于0且小于等于隧道的直徑，隧道的直徑即隧道的最大橫向寬度)，S為沿隧道長度方向掃描儀到標靶的最大距離；∠ABD為所述接觸面1.11與所述固定面1.21之間的夾角Q。

當∠ABD取值為30°-60°時，入射角∠BDP位于到之間，因此，要想確保入射角∠BDP位于30°以上，只需取正值即可，而本實用新型技術方案中，無論掃描儀位于任何位置，激光與隧道內壁面均存在一定的夾角，即均為正值(本文中的π均代表180°)。

因此，應用本實用新型的技術方案，掃描儀的放置位置不受限制，能確保激光與標靶的入射角大于30°，因此，應用本實用新型的技術方案可以提高入射角、提高掃描距離、增大標靶的點云密度、改善標靶的中心點擬合質量、提高坐標傳遞距離以及改善掃描站點之間的拼接精度。

以某一隧道為例，采用本實用新型方法和現(xiàn)有技術手段進行試驗，詳情如下：

一、試驗組

試驗組1：

采用本實用新型方法，其中：掃描儀到隧道內壁的距離d與沿隧道長度方向掃描儀到標靶的最大距離S的比值為1/4；支撐架的橫截面為等邊三角形，因此，所述接觸面1.11與所述固定面1.21之間的夾角Q為60°，即∠ABD＝60°；標靶圖案的規(guī)格為15cm×15cm，詳見表1。

試驗組2-3：

與試驗組1不同之處僅在于掃描儀到隧道內壁的距離d與沿隧道長度方向掃描儀到標靶的最大距離S的比值不同，詳情是：試驗組2中掃描儀到隧道內壁的距離d與沿隧道長度方向掃描儀到標靶的最大距離S的比值為1/2；試驗組3中掃描儀到隧道內壁的距離d與沿隧道長度方向掃描儀到標靶的最大距離S的比值為1/3。

試驗組4-5：

與試驗組2不同之處僅在于所述接觸面1.11與所述固定面1.21之間的夾角不同，詳情是：試驗組4中∠ABD＝30°；試驗組5中∠ABD＝45°。

試驗組6-8：

與試驗組2不同之處僅在于標靶圖案的規(guī)格不同，詳情是：試驗組6中標靶圖案的規(guī)格為20cm×20cm；試驗組7中標靶圖案的規(guī)格為25cm×25cm；試驗組8中標靶圖案的規(guī)格為30cm×30cm。

二、對照組

對照組1：采用紙質標靶直接貼于隧道內側壁上。

對照組2：與試驗組1不同之處僅在于：支撐架的橫截面為等腰三角形，因此，所述接觸面1.11與所述固定面1.21之間的夾角Q為25°，即∠ABD＝25°。

對照組3：與對照組2不同之處僅在于：所述接觸面1.11與所述固定面1.21之間的夾角Q為75°，即∠ABD＝75°。

表1試驗組和對照組的參數(shù)及性能比較表

從表1可知：

結合試驗組1-3可知：掃描儀到隧道內壁的距離d與沿隧道長度方向掃描儀到標靶的最大距離S的比值取不同值，均能滿足激光和標靶的入射角始終保持在30°以上，掃描儀不受擺放位置的限定，實用性強。

結合試驗組2、試驗組4、試驗組5、對照組3以及對照組4可知：接觸面1.11與所述固定面1.21之間的夾角的選取非常重要，當夾角過大(如對照組4)或者夾角過小(如對照組3)，均滿足不了入射角在30°以上的需求。

結合試驗組2和試驗組6-8可知：在其他參數(shù)相同的情況下，標靶圖案的規(guī)格越大，效果越好(即試驗組2、試驗組6、試驗組7、試驗組8按序效果逐漸遞增)，但從節(jié)約成本、便于搬運、方便安裝和拆卸角度以及結合現(xiàn)有常規(guī)隧道的規(guī)格選擇，一般不超過30cm×30cm。

本實用新型技術方案(試驗組1-8)與現(xiàn)有技術相比(對照組1-2)比較，采用本實用新型的技術方案，掃描儀的擺放位置不受限定，且激光和標靶的入射角始終保持在30°以上，使得標靶的中心點的擬合精度得到大大提高，且掃描站點之間的拼接精度也得到一定的提高。相對于其他類型的標靶，如球形標靶，這種改進后的平面標靶不僅能用于拼接保證拼接精度，而且具有和全站儀配合使用達到標靶坐標導入的功能，這是球形標靶無法做到的。

以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。