阅读说明：本技术 一种基于激光扫描仪的隧道模型建立方法 (Tunnel model building method based on laser scanner ) 是由 郭圣楠 黄俊杰 朱晓峰 李昂 陈涛 于 2018-06-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于激光扫描仪的隧道模型建立方法,包括激光扫描仪,激光扫描仪上设有数据采集器、大轴编码器、小轴编码器、激光测距仪、倾角传感器,其中,包括以下步骤：步骤一、激光扫描仪扫描隧道,步骤二、激光扫描仪点云生成步骤,步骤三、点云数据的预处理步骤,步骤四、点云数据的处理步骤,步骤五、点云模型创建步骤,步骤六：更换扫描区域,重复步骤一至步骤五完成整个隧道的扫描。(the invention discloses a tunnel model building method based on a laser scanner, which comprises the laser scanner, wherein the laser scanner is provided with a data acquisition device, a large shaft encoder, a small shaft encoder, a laser range finder and an inclination angle sensor, and the tunnel model building method comprises the following steps: the method comprises the following steps of firstly, scanning a tunnel by a laser scanner, secondly, generating a point cloud by the laser scanner, thirdly, preprocessing point cloud data, fourthly, processing the point cloud data, fifthly, establishing a point cloud model, and sixthly: and (5) replacing the scanning area, and repeating the steps from the first step to the fifth step to complete the scanning of the whole tunnel.)

一种基于激光扫描仪的隧道模型建立方法

技术领域

本发明涉及隧道模型的建立方法，具体涉及一种基于激光扫描仪的隧道模型建立方法。

背景技术

目前国内的湿喷机作业方式还停止在人工阶段，操作者有眼睛控制机械臂以及喷头对隧道壁面进行喷涂混凝土作业，喷的多少也全有人眼观测。往往需要多人合作才能完成。人工作业方式，隧道中尘土飞扬视线差，人眼观测壁面喷涂效果有很大的不准确性，可能喷完还有许多坑坑洼洼的地方，需要二次补修，而且坑坑洼洼的地方可能还很大。喷涂过程中需要有人控制机械臂，至少两人控制喷头，一人在旁边观测指挥，造成人力资源的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于激光扫描仪的隧道模型建立方法，能够通过激光扫描仪快速获取隧道点云数据，建立点云模型，通过点云数据运算给控制系统提供控制信息，便于实现机械臂及喷头的自动控制，能够加快作业速度，节约人力成本，用以解决现有技术导致的缺陷。

为解决上述技术问题本发明提供以下的技术方案：一种基于激光扫描仪的隧道模型建立方法，包括激光扫描仪，所述激光扫描仪上设有数据采集器、大轴编码器、小轴编码器、激光测距仪、倾角传感器，其中，包括以下步骤：

步骤一、激光扫描仪扫描隧道：

使用激光扫描仪对隧道壁面进行扫描，同时激光测距仪进行测距获取距离数据、倾角传感器进行角度测量获取角度数据；

步骤二、激光扫描仪点云生成步骤：

在扫描的同时使用数据采集器实时采集大轴编码器和小轴编码器的编码器数据，同时采集激光测距仪的距离数据，数据采集器将采集后的编码器数据与距离数据进行融合与转换，形成点云数据；

步骤三、点云数据的预处理步骤：

根据角度数据对点云数据进行水平姿态(包括横滚与仰俯两个方向)的调整，随后对点云数据进行均匀化处理；

步骤四、点云数据的处理步骤：

将所得的点云数据先使用K树计算每个点的法向量，辅助以点云数据中点的坐标判断出断面所在(断面即已喷面和待喷面的分界线)，提取已喷面的点云数据，求出拟合曲面方程；

然后把已喷面按照标准隧道模型延长，计算在隧道点云数据中待喷面上点到标准面的距离，通过高度与底面面积求出体积，再求积分即为方量；

步骤五、点云模型创建步骤：

通过点云数据建立隧道模型进行可视化显示，并使用贪婪三角投影算法重构模型；

步骤六：更换扫描区域，重复步骤一至步骤五完成整个隧道的扫描。

上述的一种基于激光扫描仪的隧道模型建立方法，其中，所述步骤三中的点云数据均匀化处理为在扫描的行方向上(即隧道中轴线方向)进行稀疏处理。

上述的一种基于激光扫描仪的隧道模型建立方法，其中，所述步骤三中的点云数据均匀化处理为使用体素滤波的方式，使小于行间距的体素边长设定可以有效地对点云数据行方向进行稀疏处理。

上述的一种基于激光扫描仪的隧道模型建立方法，其中，所述步骤三中的点云数据均匀化处理为使用投影插值的方法增加列方向上点云数据的密度。

上述的一种基于激光扫描仪的隧道模型建立方法，其中，所述步骤四中的所述方量包括任意待喷区域的方量以及总方量。

依据上述本发明一种基于激光扫描仪的隧道模型建立方法提供的技术方案效果是：通过激光扫描仪快速获取隧道点云数据，建立点云模型，通过点云数据运算给控制系统提供控制信息，便于实现机械臂及喷头的自动控制，能够加快作业速度，节约人力成本。

具体实施方式

为了使发明实现的技术手段、创造特征、达成目的和功效易于明白了解，进一步阐述本发明。

本发明的第一实施例是提供一种基于激光扫描仪的隧道模型建立方法，目的是通过激光扫描仪快速获取隧道点云数据，建立点云模型，通过点云数据运算给控制系统提供控制信息，便于实现机械臂及喷头的自动控制，能够加快作业速度，节约人力成本。

一种基于激光扫描仪的隧道模型建立方法，包括激光扫描仪，激光扫描仪上设有数据采集器、大轴编码器、小轴编码器、激光测距仪、倾角传感器，其中，包括以下步骤：

步骤一、激光扫描仪扫描隧道：

使用激光扫描仪对隧道壁面进行扫描，同时激光测距仪进行测距获取距离数据、倾角传感器进行角度测量获取角度数据；

步骤二、激光扫描仪点云生成步骤：

在扫描的同时使用数据采集器实时采集大轴编码器和小轴编码器的编码器数据，同时采集激光测距仪的距离数据，数据采集器将采集后的编码器数据与距离数据进行融合与转换，形成点云数据；

步骤三、点云数据的预处理步骤：

根据角度数据对点云数据进行水平姿态(包括横滚与仰俯两个方向)的调整，随后对点云数据进行均匀化处理；

步骤四、点云数据的处理步骤：

将所得的点云数据先使用K树计算每个点的法向量，辅助以点云数据中点的坐标判断出断面所在(断面即已喷面和待喷面的分界线)，提取已喷面的点云数据，求出拟合曲面方程；

然后把已喷面按照标准隧道模型延长，计算在隧道点云数据中待喷面上点到标准面的距离，通过高度与底面面积求出体积，再求积分即为方量；

步骤五、点云模型创建步骤：

通过点云数据建立隧道模型进行可视化显示，并使用贪婪三角投影算法重构模型；

步骤六：更换扫描区域，重复步骤一至步骤五完成整个隧道的扫描。

本实施例提供的一种基于激光扫描仪的隧道模型建立方法，采用的步骤三中的点云数据均匀化处理为在扫描的行方向上(即隧道中轴线方向)进行稀疏处理。

本实施例提供的一种基于激光扫描仪的隧道模型建立方法，采用的步骤三中的点云数据均匀化处理为使用体素滤波的方式，使小于行间距的体素边长设定可以有效地对点云数据行方向进行稀疏处理。

本实施例提供的一种基于激光扫描仪的隧道模型建立方法，采用的步骤三中的点云数据均匀化处理为使用投影插值的方法增加列方向上点云数据的密度。

本实施例提供的一种基于激光扫描仪的隧道模型建立方法，采用的步骤四中的方量包括任意待喷区域的方量以及总方量，区域方量用来实时控制水泥喷头的流速以及行进速度，总方量可以用来进行水泥用量核算。

综上，本发明的一种基于激光扫描仪的隧道模型建立方法，能够通过激光扫描仪快速获取隧道点云数据，建立点云模型，通过点云数据运算给控制系统提供控制信息，便于实现机械臂及喷头的自动控制，能够加快作业速度，节约人力成本。

以上对发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改做出若干简单推演、变形或替换，这并不影响发明的实质内容。