[发明专利]一种基于多种融合数据的隧道开挖面扫描装置及检测方法

权利要求书

1.一种基于多种融合数据的隧道开挖面检测方法，其特征在于：所述检测方法包括：基于固定固态激光雷达对三维点云数据进行采集以及处理；通过红外热成像仪采集与渗漏水区域进行自动判定；将多幅红外热成像和可见光图片进行多通道数据融合，并投影到重建后的开挖面三角网格上；根据隧道设计线路数据和设计断面数据计算超欠挖数据；

所述基于固定固态激光雷达对三维点云数据进行采集以及处理包括：

控制云台按照指定的角度进行运动，并记录当前水平云台和俯仰云台的角度信息；

当水平云台和俯仰云台停下后，采集当前位置一定时间内的固态激光雷达的点云数据；

对采集的点云数据进行降噪处理，以去掉边缘的激光点和角度不符合要求的激光点；

根据当前水平云台和俯仰云台的角度，将相对于固态激光雷达坐标系下的点云坐标变换到相对于扫描仪坐标系下的坐标，再根据识别的定位球的大地坐标将点云坐标注册在大地坐标系下；

将多个站点采集的数据合并成一个完整的开挖面点云，通过泊松表面重建算法进行三维重建得到开挖面三角网格模型；

所述通过红外热成像仪采集与渗漏水区域进行自动判定包括：

当水平云台和俯仰云台停止下后，同时拍摄一张该位置的红外热成像图像和可见光图像；

根据选择的分辨率将红外热成像图像和可见光图像上的像素投影到合成图像上；且该合成图像上的每个像素都包括R、G、B、T四个通道的数据，RGBT四个通道的初始值均为0；

通过插值法计算图片上空缺像素位置处的RGBT，如果合成图像上某个像素位置有多个RGBT数据时，则计算其平均值；

根据合成图像的T通道数据，计算合成图像上温度的分布范围，得到一个可以将这个分布分成两个区间的阈值，并将低于该阈值的图像像素判定为渗水区域；根据RGB三通道与T通道一一对应的关系，同时得到标记渗水区域的可见光图像；

所述将多幅红外热成像和可见光图片进行多通道数据融合，并投影到重建后的开挖面三角网格上包括：

获取所述开挖面三角网格模型和所述RGBT数据，使用获取RGBT数据时云台的运动参数，根据球面模型将RGBT数据投影到开挖面三角网格模型上，并记录每个顶点积累的RGBT数值；

遍历开挖面三角网格模型每个顶点，如果某点有多个RGBT数值则计算一个平均值作为这个顶点的最终RGBT数值；如果某点没有RGBT数值，则从该点附近若干个具有有效RGBT数据的顶点取出数值，并计算出一个加权平均值作为该点的最终RGBT数值。

2.根据权利要求1所述的一种基于多种融合数据的隧道开挖面检测方法，其特征在于：所述根据隧道设计线路数据和设计断面数据计算超欠挖数据包括：

通过交互显示屏设置隧道设计线路数据和设计断面数据，填写开挖里程区间使用的不同类型的开挖设计断面；

获取重建后的开挖面三角网格模型使用的点集合，计算某个三维大地坐标点到平曲线的距离和里程值和到竖曲线的距离；

根据得到的所述平曲线的距离和竖曲线的距离相对于设计线路中线的二维相对坐标，计算其到二维设计断面的距离，并将其作为数据点的超欠挖值。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于多种融合数据的隧道开挖面检测方法，其特征在于：所述检测方法还包括对基于Linux嵌入式系统的扫描硬件进行控制的步骤；所述基于Linux嵌入式系统的扫描硬件进行控制包括：

启动扫描仪的嵌入式系统对接入扫描仪的硬件进行自动检测，如果有异常情况则通过显示屏显示；

通过固态激光雷达、可见光相机和红外热成像仪开始采集数据，并控制两轴数字云台进行水平和垂直方向旋转。

4.根据权利要求1所述的一种基于多种融合数据的隧道开挖面检测方法的扫描装置，其特征在于：它包括设置在两轴数字云台（1）上的基于Linux嵌入式系统的设备控制与数据处理模块（4），并通过使用水平方向转台将基于Linux嵌入式系统的设备控制与数据处理模块（4）与两轴云台相互连接，设备状态与处理结果显示屏（2）固定在基于Linux嵌入式系统的设备控制与数据处理模块（4）上，可以通过显示屏查看设备运行情况和扫描结果数据；固态激光雷达（8），红外热成像仪（5），可见光工业相机（6）和红点激光指示器（7）通过一个长方体壳体组装在一起形成一个传感器仓，传感器仓通过固定在两轴数字云台（1）中的俯仰电机转台上，可以实现在水平方向和垂直方向的旋转。