一種鉆孔置入式三維空間激光掃描測距成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鉆孔置入式三維空間激光掃描測距成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以使用連接延長桿將搭載激光測距系統(tǒng)的桿式三維伺服旋轉(zhuǎn)伸入采空區(qū)、溶洞、墓穴等待測區(qū)域，通過計算機控制系統(tǒng)驅(qū)動水平和垂直旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)空間360°掃描，并得到逐點距離信息獲得點云數(shù)據(jù)結(jié)果，通過點云數(shù)據(jù)處理軟件配合姿態(tài)傳感器測量結(jié)果可建立空間三維模型。
【專利說明】一種鉆孔置入式三維空間激光掃描測距成像系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦冶【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種鉆孔置入式三維空間激光掃描測距成像系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]三維激光掃描測量技術(shù)具有掃描速度快、實時性強、精度高、主動性強等特點，可快速、準確、有效的獲取空間三維信息。隨著信息技術(shù)研究的深入及數(shù)字地球、數(shù)字城市、虛擬現(xiàn)實等概念的出現(xiàn)，尤其在當今以計算機技術(shù)為依托的信息時代，人們對空間三維信息的需求更加迫切?；跍y距測角的傳統(tǒng)工程測量方法，在理論、設(shè)備和應(yīng)用等諸多方面都已相當成熟，新型的全站儀可以完成大多數(shù)開放三維空間的高精度測量。目前，市場上主流全站儀產(chǎn)品主要由瑞士 [61(?公司、美國30 01以1從公司和？01116皿18公司，奧地利虹⑶[公司、加拿大0於6。11公司、瑞典了0成76公司、法國II例31公司、日本1111011:51公司、澳大利亞1-81X2公司生產(chǎn)。
[0003]上述產(chǎn)品和技術(shù)雖然在一定程度上實現(xiàn)了三維空間激光掃描測距成像問題，但由于其涉及三維旋轉(zhuǎn)、光學(xué)測量、自動化控制等功能，集成度較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常尺寸較大，不適用于諸如地下礦山開采后形成的采空區(qū)、地下溶洞、墓穴這樣的封閉或由于測量人員人身安全方面考慮的限制，無法采用現(xiàn)有的全站儀對待測空間進行測量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種鉆孔置入式三維空間激光掃描測距成像系統(tǒng)，可以適用于各種人員無法進入的封閉空間進行三維空間距離信息的掃描測量。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006](與權(quán)利要求相對應(yīng)
[0007]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，可以使用連接延長桿將搭載激光測距系統(tǒng)的桿式三維伺服旋轉(zhuǎn)伸入采空區(qū)、溶洞、墓穴等待測區(qū)域，通過計算機控制系統(tǒng)驅(qū)動水平和垂直旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)空間360。掃描，并得到逐點距離信息獲得點云數(shù)據(jù)結(jié)果，通過點云數(shù)據(jù)處理軟件配合姿態(tài)傳感器測量結(jié)果可建立空間三維模型。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0009]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種鉆孔置入式三維空間激光掃描測距成像系統(tǒng)的示意圖；
[0010]圖2為本發(fā)明實施例提供的利用本發(fā)明提供的系統(tǒng)進行采空區(qū)三維數(shù)據(jù)采集及成像的示意圖。

【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0012]實施例
[0013]圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種鉆孔置入式三維空間激光掃描測距成像系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，該系統(tǒng)主要包括:
[0014]桿式三維伺服旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)11，用于在計算機控制系統(tǒng)的控制下實現(xiàn)水平方向0?360°與垂直方向0?180°的旋轉(zhuǎn)；
[0015]激光測距系統(tǒng)12，用于在桿式三維伺服旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的帶動下采集三維空間點云數(shù)據(jù)；
[0016]視頻監(jiān)控系統(tǒng)13，用于采集待測區(qū)域周圍環(huán)境的視頻數(shù)據(jù)；
[0017]姿態(tài)傳感器14，用于采集姿態(tài)信息；
[0018]計算機控制系統(tǒng)15，用于對控制桿式三維伺服旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角度，以及接收激光測距系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)與姿態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)，并根據(jù)接收到激光測距系統(tǒng)與姿態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)實現(xiàn)空間三維成像；
[0019]其中，所述桿式三維伺服旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)11、激光測距系統(tǒng)12、視頻監(jiān)控系統(tǒng)13與姿態(tài)傳感器14均設(shè)置在一探頭1上，該探頭1的一端可通過延長連接桿2來增加其長度。
[0020]進一步的，該系統(tǒng)還包括:
[0021]設(shè)置在該探頭上的溫度傳感器16，用于采集待測區(qū)域的環(huán)境溫度信息，并發(fā)送至所述計算機控制系統(tǒng)15。
[0022]進一步的，該系統(tǒng)還包括:通過電纜與所述計算機控制系統(tǒng)15相連的供電系統(tǒng)17，用于提供電源。
[0023]進一步的，所述計算機控制系統(tǒng)通過電纜與探頭上的各個系統(tǒng)相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通^。
[0024]為了便于理解，下面針對本發(fā)明的每一部分的功能做詳細的介紹。
[0025]如圖2所示，將探頭1通過鉆孔深入采空區(qū)后，可根據(jù)探頭上的視頻監(jiān)控系統(tǒng)13對采空區(qū)進行視頻采集，觀察采空區(qū)內(nèi)的環(huán)境，以便調(diào)整合適的位置進行點云數(shù)據(jù)的采集。
[0026]采集點云數(shù)據(jù)時，由探頭上1的桿式三維伺服旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)11通過水平與垂直旋轉(zhuǎn)交互配合的方式帶動激光測距系統(tǒng)12，實現(xiàn)三維空間區(qū)域掃描。示例性的，所述的桿式三維伺服旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)內(nèi)集成水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機、垂直旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機、伺服控制系統(tǒng)(含電路與控制程序)、角度傳感器、安裝固定機械結(jié)構(gòu)。所述的激光測距系統(tǒng)激光器基于脈沖相位調(diào)制測量原理，采用650紅光激光器或980氦氖激光器，并具有83-232或83-485輸出接口。
[0027]所述桿式三維伺服旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)11的水平、垂直旋轉(zhuǎn)是通過與其相連的計算機控制系統(tǒng)15來控制的；計算機控制系統(tǒng)15可設(shè)置水平掃描優(yōu)先和垂直掃描優(yōu)先兩種方式，并可設(shè)置旋轉(zhuǎn)角度與旋轉(zhuǎn)精度等，同時，還可以隨時獲取探頭1上姿態(tài)傳感器信息、溫度傳感器信息、水平與垂直方向的角度信息等。
[0028]計算機控制系統(tǒng)15中還包含點云數(shù)據(jù)處理軟件，該軟件可基于水平、垂直方向的角度信息，配合姿態(tài)傳感器信息及激光測距系統(tǒng)測試結(jié)果獲得三維空間點云數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)空間三維成像。
[0029]另外，本發(fā)明所提供的系統(tǒng)可以根據(jù)地形及實際需求延長連接桿2深入礦井采空區(qū)、溶洞、墓穴等人員不易或無法進入的區(qū)域進行三維空間測距及成像；當無法通過一個鉆孔獲得完整的三維空間距離信息時可通過在不同位置分布打多個鉆孔掃描測試進行數(shù)據(jù)拼接合成得到；所述的鉆孔是指從地面、礦井采掘空間、或待測區(qū)域的相鄰空間向待測空間區(qū)域打孔。
[0030]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種鉆孔置入式三維空間激光掃描測距成像系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括: 桿式三維伺服旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，用于在計算機控制系統(tǒng)的控制下實現(xiàn)水平方向O?360°與垂直方向O?180°的旋轉(zhuǎn)； 激光測距系統(tǒng)，用于在桿式三維伺服旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的帶動下采集三維空間點云數(shù)據(jù)； 視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用于采集待測區(qū)域周圍環(huán)境的視頻數(shù)據(jù)； 姿態(tài)傳感器，用于采集姿態(tài)信息； 計算機控制系統(tǒng)，用于對控制桿式三維伺服旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角度，以及接收激光測距系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)與姿態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)，并根據(jù)接收到激光測距系統(tǒng)與姿態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)實現(xiàn)空間三維成像； 其中，所述桿式三維伺服旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、激光測距系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)與姿態(tài)傳感器均設(shè)置在一探頭上，該探頭的一端可通過延長連接桿來增加其長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括: 設(shè)置在該探頭上的溫度傳感器，用于采集待測區(qū)域的環(huán)境溫度信息，并發(fā)送至所述計算機控制系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括:通過電纜與所述計算機控制系統(tǒng)相連的供電系統(tǒng)，用于提供電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述計算機控制系統(tǒng)通過電纜與探頭上的各個系統(tǒng)相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。
【文檔編號】G01B11/24GK104457612SQ201410830026
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】翟盛銳, 馬海濤, 王云海 申請人:中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院