基于标靶装置的深埋隧洞结构面点云坐标变换方法及设备制造方法及图纸

本申请实施例公开了一种基于标靶装置的深埋隧洞结构面点云坐标变换方法及设备，本申请实施例在对被测面进行激光扫描之前，通过调节所述标靶装置使得所述第三板面靠近于所述被测面，并且使得所述第一圆水准器以及所述第二圆水准器的气泡处于居中状态；通过三维激光扫描仪获取所述被测面以及所述标靶装置的点云数据；从点云数据中分别提取三个所述十字标靶的点云坐标，以及从三维电子罗盘数显中获取所述第三板面的第一倾向；根据所述点云坐标确定所述第三板面的第二倾向；根据第一倾向以及所述第二倾向将所述点云数据中的坐标转换成大地坐标。本方案可以快速便捷地在现场布置标靶装置，快速获取信息从而实现三维激光扫描的坐标向大地坐标的变换。坐标向大地坐标的变换。坐标向大地坐标的变换。

【技术实现步骤摘要】
基于标靶装置的深埋隧洞结构面点云坐标变换方法及设备


[0001]本申请涉及测量
，具体涉及一种基于标靶装置的深埋隧洞结构面点云坐标变换方法及设备。

技术介绍

[0002]在深部地下工程的地质调查中，位于高应力隧洞(道)、超深采场及巷道，都是具有极高的岩爆、冲击地下和塌方风险，人员在隧洞掌子面或边墙区域等类似环境下，进行开挖面地质结构信息获取是十分危险，甚至要付出生命代价。
[0003]非接触测量是解决这种困境的一种有效方法，但当前诸如三维激光扫描或者摄影测量获取开挖面点云信息或者影像信息，三维激光扫描获得的隧洞壁面点云信息是以三维激光扫描仪的局部坐标系为基准，为了能够通过三维激光扫描点云信息获取结构面产状等几何信息，需要将其从扫描仪的局部坐标系变换到大地坐标系。
[0004]通常情况下，需要辅助全站仪确定不少于三个已知点的大地坐标，采用人工在测量面上定三个以上的标靶，全站仪测定标靶点大地坐标后，借助标靶坐标数据对点云数据进行配准，将所有点云从扫描仪局部坐标系转换为大地坐标系。为了构建三维地质模型时均要实施全站仪测量足够的测量点，满足后期点云数据配准工作，但这个工作是十分繁琐耗时的且需要多人配合完成，这违背了在极高岩爆、冲击地压或塌方风险快速测量和减少人员暴露的要求。
[0005]因而，从地质结构面信息获取角度，如何可以快速便捷地在现场布置标靶装置，快速获取信息实现三维激光扫描从扫描仪局部坐标系向大地坐标系的变换，对深部工程快速开挖面信息的获取尤为重要，且具有重要应用价值。
专利技术内容
[0006]本申请实施例提供一种基于标靶装置的深埋隧洞结构面点云坐标变换方法及设备，可以快速便捷地在现场布置标靶装置，快速获取信息从而实现三维激光扫描的坐标向大地坐标的变换。
[0007]第一方面，本申请实施例提供了一种基于标靶装置的深埋隧洞结构面点云坐标变换方法，所述标靶装置包括三角标靶架、第一板面、第二板面以及第三板面，其中：
[0008]所述第一板面以及所述第二板面为等腰三角形，所述第三板面为等腰梯形，所述三角标靶架由下往上依次设置有架脚、第一圆水准器、高度调节器以及方向调节器；
[0009]所述三角标靶架通过所述方向调节器与所述第二板面连接，所述第二板面的底边通过折页铰链与所述第三板面的下底连接，所述第三板面的上底通过折页铰链与所述第一板面的底边连接，所述第一板面以及所述第二板面通过一支柱架固定连接，所述第一板面的中心位置设置有第二圆水准器，所述第三板面上设置有三个十字标靶，所述第三板面的中心位置设置有三维电子罗盘数显；
[0010]在对被测面进行激光扫描之前，通过调节所述标靶装置使得所述第三板面靠近于
所述被测面，并且使得所述第一圆水准器以及所述第二圆水准器的气泡处于居中状态；
[0011]通过三维激光扫描仪获取所述被测面以及所述标靶装置的点云数据；
[0012]从所述点云数据中分别提取三个所述十字标靶的点云坐标，以及从三维电子罗盘数显中获取所述第三板面的第一倾向；
[0013]根据所述点云坐标确定所述第三板面的第二倾向；
[0014]根据所述第一倾向以及所述第二倾向将所述点云数据中的坐标转换成大地坐标。
[0015]在一些实施方式中，所述根据所述点云坐标确定所述第三板面的第二倾向，包括：
[0016]根据所述点云坐标确定所述第三板面的第一法向量；
[0017]根据所述第一法向量确定所述第二倾向。
[0018]在一些实施方式中，所述根据所述第一法向量确定所述第二倾向，包括：
[0019]根据所述第一法向量以及预设的倾向计算公式确定所述第二倾向，所述第一法向量为(a1、b1、c1)，其中：
[0020]当b1＞0时，所述倾向计算公式为：
[0021]所述α1为所述第二倾向；
[0022]当b1≤0时，所述倾向计算公式为：
[0023][0024]在一些实施方式中，所述根据所述第一倾向以及所述第二倾向将所述点云数据中的坐标转换成大地坐标，包括：
[0025]根据所述第一倾向以及所述第二倾向确定倾向差；
[0026]根据所述倾向差以及预设的坐标转换公式将所述点云数据中的坐标转换成大地坐标，所述坐标转换公式为：
[0027][0028]其中，(x
′ꢀ
y
′ꢀ
z
′
)为大地坐标，(x y z)为所述点云数据中的坐标，所述Δα为所述倾向差。
[0029]在一些实施方式中，所述根据所述第一倾向以及所述第二倾向将所述点云数据中的坐标转换成大地坐标之后，所述方法还包括：
[0030]从所述大地坐标中提取三角形坐标；
[0031]计算所述三角形坐标的第二法向量；
[0032]根据所述第二法向量以及预设的倾向计算公式确定第三倾向。
[0033]在一些实施方式中，所述计算所述三角形坐标的第二法向量之后，所述方法还包括：
[0034]根据所述第二法向量以及预设的倾角计算公式确定所述三角形坐标的倾角，所述
第二法向量为(a2、b2、c2)，其中：
[0035]所述倾角计算公式为：
[0036]所述β为所述三角形坐标的倾角。
[0037]在一些实施方式中，所述方向调节器包括螺旋栓、下底座、脚螺旋以及上底座，其中，所述螺旋栓连接所述下底座，所述下底座连接所述脚螺旋，所述脚螺旋连接所述上底座，所述上底座通过固定杆连接所述第二板面。
[0038]第二方面，本申请实施例还提供了一种基于标靶装置的深埋隧洞结构面点云坐标变换装置，包括：标靶装置、三维激光扫描仪以及处理装置，其中：
[0039]所述标靶装置包括三角标靶架、第一板面、第二板面以及第三板面，其中：
[0040]所述第一板面以及所述第二板面为等腰三角形，所述第三板面为等腰梯形，所述三角标靶架由下往上依次设置有架脚、第一圆水准器、高度调节器以及方向调节器；
[0041]所述三角标靶架通过所述方向调节器与所述第二板面连接，所述第二板面的底边通过折页铰链与所述第三板面的下底连接，所述第三板面的上底通过折页铰链与所述第一板面的底边连接，所述第一板面以及所述第二板面通过一支柱架固定连接，所述第一板面的中心位置设置有第二圆水准器，所述第三板面上设置有三个十字标靶，所述第三板面的中心位置设置有三维电子罗盘数显；
[0042]在对被测面进行激光扫描之前，通过调节所述标靶装置使得所述第三板面靠近于所述被测面，并且使得所述第一圆水准器以及所述第二圆水准器的气泡处于居中状态；
[0043]所述三维激光扫描仪，用于获取所述被测面以及所述标靶装置的点云数据；
[0044]所述处理装置，用于从所述点云数据中分别提取三个所述十字标靶的点云坐标，以及从三维电子罗盘数显中获取所述第三板面的第一倾向；根据所述点云坐标确定所述第三板面的第二倾向；根据所述第一倾向以及所述第二倾向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于标靶装置的深埋隧洞结构面点云坐标变换方法，其特征在于，所述标靶装置包括三角标靶架、第一板面、第二板面以及第三板面，其中：所述第一板面以及所述第二板面为等腰三角形，所述第三板面为等腰梯形，所述三角标靶架由下往上依次设置有架脚、第一圆水准器、高度调节器以及方向调节器；所述三角标靶架通过所述方向调节器与所述第二板面连接，所述第二板面的底边通过折页铰链与所述第三板面的下底连接，所述第三板面的上底通过折页铰链与所述第一板面的底边连接，所述第一板面以及所述第二板面通过一支柱架固定连接，所述第一板面的中心位置设置有第二圆水准器，所述第三板面上设置有三个十字标靶，所述第三板面的中心位置设置有三维电子罗盘数显；在对被测面进行激光扫描之前，通过调节所述标靶装置使得所述第三板面靠近于所述被测面，并且使得所述第一圆水准器以及所述第二圆水准器的气泡处于居中状态；通过三维激光扫描仪获取所述被测面以及所述标靶装置的点云数据；从所述点云数据中分别提取三个所述十字标靶的点云坐标，以及从三维电子罗盘数显中获取所述第三板面的第一倾向；根据所述点云坐标确定所述第三板面的第二倾向；根据所述第一倾向以及所述第二倾向将所述点云数据中的坐标转换成大地坐标。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述点云坐标确定所述第三板面的第二倾向，包括：根据所述点云坐标确定所述第三板面的第一法向量；根据所述第一法向量确定所述第二倾向。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一法向量确定所述第二倾向，包括：根据所述第一法向量以及预设的倾向计算公式确定所述第二倾向，所述第一法向量为(a1、b1、c1)，其中：当b1＞0时，所述倾向计算公式为：所述α1为所述第二倾向；当b1≤0时，所述倾向计算公式为：4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一倾向以及所述第二倾向将所述点云数据中的坐标转换成大地坐标，包括：根据所述第一倾向以及所述第二倾向确定倾向差；根据所述倾向差以及预设的坐标转换公式将所述点云数据中的坐标转换成大地坐标，所述坐标转换公式为：
其中，(x
′
y
′
z
′
)为大地坐标，(x y z)为所述点云数据中的坐标，所述Δα为所述倾向差。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一倾向以及所述第二倾向将所述点云数据中的坐标转换成大地坐标之后，所述方法还包括：从所述大地坐标中提取三角形坐标；计算所述三角形坐标的第二法向量；...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱士利，张浩，李平，李邵军，徐鼎平，江权，
申请(专利权)人：中南民族大学，
类型：发明
国别省市：