【技术实现步骤摘要】
本申请属于形变测量，具体涉及一种三维形变自动监测设备及其测量方法。
技术介绍
1、在隧道等行业对形变测量的需求越来越多，通常采用全自动全站仪来实现观测点三维变形测量，然而由于国产全自动全站仪测量精度不够，尤其是角度测量精度难以达到0.5″，无法满足形变测量需求，因此一般采用进口的全自动全站仪，如莱卡、索佳、天宝等，具有测量距离远、精度高、能一次性获取观测点三维形变信息等优点，但是进口的全自动全站仪具有价格昂贵，此外在特殊场景下，如隧道内测量时，由于隧道有曲线以及多个观测点在同一平面上易重叠等原因，全自动全站仪绝大多数情况下，监测距离也只有100m左右，因此难以发挥其测量距离远的优势导致经济性较差等缺点。
2、随着科技进步，基于视觉测量的形变测量技术得到推广应用，视觉测量具有精度高、成本低的优势，然而其存在测量距离近、视场角小难以大面积覆盖，以及仅能获取二维形变数据等不足。
技术实现思路
1、针对采用全自动全站仪存在测量成本高、精度不够等缺陷，以及基于视觉测量的技术难以大面积覆盖，以及仅能获得二维形变数据等不足，本申请提出了一种三维形变自动监测设备及其测量方法，本申请采用视觉测量技术、激光测距技术并结合云台控制技术实现观测点三维形变测量，其仅需要采用国产的云台设备、视觉测量设备和激光测距仪并结合智能算法即可实现，实现了完全国产化的替代，节约了成本，并具有较高的精度和可靠性。
2、本申请通过下述技术方案实现：
3、一种三维形变自动监测设备，所述三维形
4、视觉模块，所述视觉模块用于实现监测范围内所有观测点的视觉测量，其中所述观测点为形变测量点，且所有观测点处均设置有标靶；
5、激光测距仪，所述激光测距仪用于实现所述监测范围内所有观测点的距离测量；
6、二维云台，所述二维云台上安装所述视觉模块和所述激光测距仪；
7、以及，主控模块，所述主控模块用于获取所述视觉模块和所述激光测距仪的测量数据，以及二维云台转动的水平角度和俯仰角度，根据预置算法计算得到所述监测范围内每个观测点的三维坐标，并生成控制指令控制所述二维平台水平运动和俯仰运动。
8、在一些实施方式中，所述主控模块包括：
9、中控单元，所述中控单元用于接收并根据所述视觉模块和所述激光测距仪采集的数据，以及所述二维云台转动的水平角度和俯仰角度，计算得到所述监测范围内每个观测点的三维坐标，并输出每个观测点对应的二维云台水平偏移角和俯仰偏移角；
10、以及，云台控制单元，所述云台控制单元根据所述中控单元输出的每个观测点所对应的二维云台水平偏移角和俯仰偏移角，输出二维云台驱动机构控制指令，驱动所述二维云台移动相应的水平偏移角和俯仰偏移角。
11、在一些实施方式中，所述主控模块包括：
12、中控单元，所述中控单元用于接收并根据所述视觉模块和所述激光测距仪采集的数据，以及所述二维云台转动的水平角度和俯仰角度，计算得到所述监测范围内每个观测点的三维坐标，并输出每个观测点对应的二维云台水平角度和俯仰角度；
13、以及，云台控制单元，所述云台控制单元根据所述中控单元输出的每个观测点对应的二维云台水平角度和俯仰角度，输出云台驱动机构控制指令，驱动所述二维云台移动至相应的水平角度和俯仰角度。
14、在一些实施方式中，所述二维云台的驱动机构采用步进电机。
15、在一些实施方式中，所述视觉模块还包括：
16、补光灯，所述补光灯用于视觉测量时的光线补充。
17、另一方面，本申请还提出了一种三维形变自动测量方法，所述三维形变自动测量方法基于上述三维形变自动监测设备实现，包括：
18、初始化步骤：控制所述二维云台转动，使所述视觉模块的视觉测量范围覆盖基准点，同时所述视觉测量范围还能够覆盖至少一个观测点，且至少一个观测点中的一个作为工作基点，从而确定第一视场；其中，所述基准点为稳定点，且所述基准点处设置标靶；
19、对准步骤：控制所述二维云台转动，使所述激光测距仪对准当前视场下的一观测点，并记录所述二维云台的水平角度和俯仰角度；
20、三维测量步骤：通过所述激光测距仪获取所述观测点的距离，并根据所述观测点的距离以及所述二维云台的水平角度和俯仰角度，利用三角函数关系计算得到所述观测点的三维坐标；
21、形变计算步骤：重复所述对准步骤和三维测量步骤，得到该观测点变化后的三维坐标，利用所述观测点变化前后的三维坐标，即可得到所述观测点的三维形变值；
22、重复所述对准步骤、三维测量步骤和形变计算步骤，进行当前视场下下一观测点的三维形变测量，直到完成当前视场下所有观测点的三维形变测量；
23、视场切换步骤：根据视场切换方式，控制所述二维云台转动，使所述视觉模块进入下一视场，并返回所述对准步骤，进行下一视场下所有观测点的三维形变测量，直到完成监测范围内所有观测点的三维形变测量；
24、其中，所述视场切换方式为：上一视场的工作基点在下一视场的覆盖范围内，且上一视场的工作基点作为下一视场的基准点，下一视场同时还包括至少一个观测点，其中一个作为该视场的工作基点。
25、在一些实施方式中，所述的对准步骤具体包括：
26、通过所述视觉模块测量得到的偏移数据，并结合所述二维云台转动的水平角度和俯仰角度，计算得到各观测点相对于所述基准点的偏移量；
27、根据各观测点相对于所述基准点的偏移量，结合所述激光测距仪测量得到的各观测点距离，通过三角函数关系，计算得到各观测点相对初始位置偏移的角度变化值，根据角度变化值控制所述二维云台转动，使的所述激光测距仪发出的激光重新对准标靶；
28、其中，所述初始位置是指原来的激光测距仪发出的激光线对准标靶中心的位置。
29、在一些实施方式中，所述的对准步骤具体包括：
30、通过所述视觉模块测量得到的各观测点相对于视窗中轴线的偏移数据，结合各观测点距离，通过三角函数关系，计算得到各观测点偏离视窗中轴线的水平角度和俯仰角度；
31、根据各观测点偏离视窗中轴线的水平角度和俯仰角度，控制所述二维云台转动，使的所述激光测距仪发出的激光重新对准标靶；。
32、在一些实施方式中，所述三维坐标的计算方式为：
33、对准后，记录所述二维云台的水平角度和俯仰角度，并通过所述激光测距仪测量得到所述观测点距离；
34、根据所述二维云台的水平角度和俯仰角度，以及所述观测点距离，利用三角函数关系，计算得到所述观测点在测量坐标系中的三维坐标，通过坐标系的变换，即可得到所述观测点在大地坐标系中的三维坐标。
35、在一些实施方式中，所述的对准步骤还包括：
36、在对准后，校验是否对准，如果没有对准，则按照对准方式进行下一次对准；
37、其中，采用的校验方式为：通过所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三维形变自动监测设备，其特征在于，所述三维形变自动监测设备包括：
2.根据权利要求1所述的一种三维形变自动监测设备，其特征在于，所述主控模块包括：
3.根据权利要求1所述的一种三维形变自动监测设备，其特征在于，所述主控模块包括：
4.根据权利要求2或3所述的一种三维形变自动监测设备，其特征在于，所述二维云台的驱动机构采用步进电机。
5.根据权利要求1所述的一种三维形变自动监测设备，其特征在于，所述视觉模块还包括：
6.一种三维形变自动测量方法，其特征在于，所述三维形变自动测量方法基于权利要求1-5任一项所述的三维形变自动监测设备实现，包括：
7.根据权利要求6所述的一种三维形变自动测量方法，其特征在于，所述的对准步骤具体包括：
8.根据权利要求6所述的一种三维形变自动测量方法，其特征在于，所述的对准步骤具体包括：
9.根据权利要求6所述的一种三维形变自动测量方法，其特征在于，所述三维坐标的计算方式为：
10.根据权利要求7或8所述的一种三维形变自动测量方法，其特征在
...【技术特征摘要】
1.一种三维形变自动监测设备，其特征在于，所述三维形变自动监测设备包括：
2.根据权利要求1所述的一种三维形变自动监测设备，其特征在于，所述主控模块包括：
3.根据权利要求1所述的一种三维形变自动监测设备，其特征在于，所述主控模块包括：
4.根据权利要求2或3所述的一种三维形变自动监测设备，其特征在于，所述二维云台的驱动机构采用步进电机。
5.根据权利要求1所述的一种三维形变自动监测设备，其特征在于，所述视觉模块还包括：
6.一种三维形变自动测量...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，方钱宝，陈思宇，邹文露，杨森，潘兆马，周林峰，李刚，熊欣，杨林，蒋帅，刘强，郭晓毅，丛靖，史强军，
申请(专利权)人：四川交奥智控防护科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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