本實(shí)用新型涉及隧道橫斷面輪廓檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于激光掃描雷達(dá)的隧道檢測車對隧道橫斷面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，推動了我國隧道交通建設(shè)的快速發(fā)展。然而隨著隧道使用年限的增加，會出現(xiàn)隧道漏水、隧道開裂、襯砌脫落、襯砌腐蝕、隧道變形等諸多質(zhì)量問題，從而引發(fā)運(yùn)輸安全事故。這就使隧道的建設(shè)、運(yùn)營以及養(yǎng)護(hù)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的安全問題。

雖然在傳統(tǒng)的形變檢測技術(shù)上采用收斂計(jì)以及全站儀等，但是其檢測速度較慢，需要較長的檢測時(shí)間，且只能獲取部分單點(diǎn)數(shù)據(jù)，測量精度在一定程度上受到測量條件的限制，無法準(zhǔn)確的反映隧道橫斷面的整體形變特征，使得這些傳統(tǒng)的形變檢測技術(shù)已經(jīng)不能滿足需求。

基于此，本實(shí)用新型提出了一種基于激光掃描雷達(dá)的隧道檢測車對隧道橫斷面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集裝置。此裝置能夠快速的對隧道橫斷面的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，且采集的數(shù)據(jù)精度高，縮短了檢測時(shí)間，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢測方法的不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種基于激光掃描雷達(dá)的隧道橫斷面數(shù)據(jù)采集裝置，以解決上述背景技術(shù)中的問題。

本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

一種基于激光掃描雷達(dá)的隧道橫斷面數(shù)據(jù)采集裝置，該裝置以車輛為載體，包括：激光掃描雷達(dá)、第一旋轉(zhuǎn)編碼器、第二旋轉(zhuǎn)編碼器、數(shù)據(jù)采集器和電源；所述第一旋轉(zhuǎn)編碼器和第二旋轉(zhuǎn)編碼器分別與數(shù)據(jù)器相連接，數(shù)據(jù)采集器與激光掃描雷達(dá)相連接，數(shù)據(jù)采集器和激光掃描雷達(dá)分別與電源相連接。

進(jìn)一步地，數(shù)據(jù)采集器為研華USB-4716數(shù)據(jù)采集器。

進(jìn)一步地，所述第一旋轉(zhuǎn)編碼器和第二旋轉(zhuǎn)編碼器分別安裝在車輛兩側(cè)的前輪車軸上，所述第一旋轉(zhuǎn)編碼器和第二旋轉(zhuǎn)編碼器關(guān)于車輛的中心線對稱。

進(jìn)一步地，所述激光掃描雷達(dá)安裝在車輛頂部中心位置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下技術(shù)效果：

(1)本實(shí)用新型采用激光掃描雷達(dá)，這種非接觸式、實(shí)時(shí)檢測的,試驗(yàn)成本低，可重復(fù)性高，從而使檢測精度高；

(2)本實(shí)用新型采用研華USB-4716數(shù)據(jù)采集器方便固定，采樣速率高，能夠直接采集激光掃描雷達(dá)傳輸?shù)男盘枺?/p>

(3)本實(shí)用新型提出的裝置，能夠在不封閉隧道的情況下進(jìn)行采集，從而將數(shù)據(jù)提供給工控機(jī)處理，并出檢測出隧道橫斷面，解決了傳統(tǒng)方法中檢測與運(yùn)營的矛盾，同時(shí)避免了傳統(tǒng)方法工作條件的惡劣，提高了檢測的精度。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的隧道檢測車硬件組成的示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)編碼器位置示意圖；

圖3為本實(shí)用新型的工作過程示意圖；

圖4為本實(shí)用新型的隧道橫斷面檢測示意圖；

圖5為本實(shí)用新型的電路連接示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例

本實(shí)施例提出了一種基于激光掃描雷達(dá)的隧道橫斷面數(shù)據(jù)采集裝置，該裝置以車輛為載體，包括：激光掃描雷達(dá)、第一旋轉(zhuǎn)編碼器、第二旋轉(zhuǎn)編碼器、數(shù)據(jù)采集器和電源；所述第一旋轉(zhuǎn)編碼器和第二旋轉(zhuǎn)編碼器分別與數(shù)據(jù)器相連接，數(shù)據(jù)采集器與激光掃描雷達(dá)相連接，數(shù)據(jù)采集器和激光掃描雷達(dá)分別與電源相連接。

具體地，所述車輛為隧道檢測車，采用隧道檢測車作為隧道橫斷面檢測系統(tǒng)的移動搭載平臺，能夠在不封閉隧道的情況下對隧道進(jìn)行檢測，具有快速的特點(diǎn)。

具體地，數(shù)據(jù)采集器為研華USB-4716數(shù)據(jù)采集器，研華USB-4716數(shù)據(jù)采集器安裝在隧道檢測車中部，靠近車載工控機(jī)的位置，具體位置參見圖1。

進(jìn)一步地，所述第一旋轉(zhuǎn)編碼器和第二旋轉(zhuǎn)編碼器分別安裝在車輛兩側(cè)的前輪車軸上，所述第一旋轉(zhuǎn)編碼器和第二旋轉(zhuǎn)編碼器關(guān)于車輛的中心線對稱，具體位置參見圖2。

具體地地，所述激光掃描雷達(dá)安裝在車輛頂部的中間位置，具體位置參見圖1。

具體工作過程參見圖3，一種基于激光掃描雷達(dá)的隧道橫斷面數(shù)據(jù)采集裝置，分為3個(gè)部分，觸發(fā)部分、圖像采集部分、數(shù)據(jù)采集部分。

觸發(fā)部分在隧道檢測車行駛的過程中，安裝在車輪上的第一旋轉(zhuǎn)編碼器、第二旋轉(zhuǎn)編碼器通過輸出軸的角位移、角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖觸發(fā)信號，該信號直接傳輸給激光掃描雷達(dá)。

此時(shí)圖像采集部分工作，即激光掃描雷達(dá)接收到第一旋轉(zhuǎn)編碼器、第二旋轉(zhuǎn)編碼器傳輸出的脈沖觸發(fā)信號后，激光掃描雷達(dá)開始工作，激光掃描雷達(dá)發(fā)射的激光照射至隧道外表面輪廓再按原路徑返回，由時(shí)間計(jì)數(shù)器計(jì)算處激光從發(fā)射到接收所用時(shí)間，然后可以計(jì)算出激光掃描雷達(dá)到隧道輪廓上被測點(diǎn)的距離時(shí)，同時(shí)激光掃描雷達(dá)的掃描儀可同時(shí)記錄水平和垂直方向角，從而確定被測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

最后激光掃描雷達(dá)將得到的三維坐標(biāo)信息直接傳輸至研華USB-4716數(shù)據(jù)采集器。由研華USB-4716數(shù)據(jù)采集器，對激光掃描雷達(dá)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行存儲。

在后續(xù)的工作中，研華USB-4716數(shù)據(jù)采集器將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給車載工控機(jī)中。車載工控機(jī)通過處理激光掃描雷達(dá)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)從而得到一束束線形輪廓，采用三維重建技術(shù)對隧道橫斷面輪廓進(jìn)行自動重建，從而形成完整的隧道橫斷面。

采用此種數(shù)據(jù)采集裝置，用工控機(jī)進(jìn)行處理，可得到如圖4所示的隧道橫斷面圖形。當(dāng)檢測出的隧道橫斷面輪廓正常時(shí)，形成的隧道橫斷面輪廓的曲線是光滑的；當(dāng)檢測出隧道橫斷面輪廓不正常時(shí)，這些檢測出的線條為不平滑的曲線。所有曲線的的形狀反映了隧道橫斷面輪廓狀況。

具體電路參見圖5，第一旋轉(zhuǎn)編碼器和第二旋轉(zhuǎn)編碼接口通過導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集器連接。隧道檢測車自帶的電瓶作為電源模塊，向激光掃描雷達(dá)提供24V的電，同時(shí)向數(shù)據(jù)采集器提供12V的電。激光掃描雷達(dá)以數(shù)據(jù)采集器之間采用以太網(wǎng)進(jìn)行連接，從而使一種基于激光掃描雷達(dá)的隧道橫斷面數(shù)據(jù)采集裝置能夠正常工作。