(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211204548.9 (22)申请日 2022.09.29 (71)申请人 中铁八局集团第一工程有限公司 地址 400053 重庆市九龙坡区黄桷坪铁路 三村3号 申请人 中铁八局集团有限公司 (72)发明人 任历文　姜建国　张恒　黄圣杰　 李建国　王勇　罗永川　 (74)专利代理 机构 重庆仟佰度专利代理事务所 (普通合伙) 50295 专利代理师 廖龙春 (51)Int.Cl. G01C 7/06(2006.01) G01C 15/00(2006.01) G06F 30/13(2020.01)B64C 39/02(2006.01) B64D 47/00(2006.01) B64D 47/02(2006.01) (54)发明名称 基于三维激光扫描的隧道内面检测装置及 方法 (57)摘要 本发明属于轨道交通光学检测技术领域， 具 体涉及一种基于三维激光扫描的隧道内面检测 装置及方法， 检测装置包括包括无人机、 三维激 光扫描仪、 中控平台和若干套光学引导系统， 无 人机上还安装有电子激光靶； 检测方法包括BIM 建模、 隧道分段、 导入规划路径、 检测装置架设、 规划路径 解析、 三维扫描以及飞行路径监测并修 正等步骤。 本发 明能够借助无人机对隧道内面进 行高精度地三维扫描， 能够在封闭的空间内， 不 依赖于卫星导航信号即可让无人机在固定高度 上准确地按照规划路径飞行， 并且能够与隧道内 其他施工工作并行， 并不打断其 他施工工作。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 115507819 A 2022.12.23 CN 115507819 A 1.基于三维激光扫描的隧道内面检测装置， 其特征在于： 包括无人机、 三维激光扫描 仪、 中控平台和若干套光学引导系统： 无人机， 具有规划路径、 遥控和悬停功能， 无人机上具有遥控接收器， 无人机上还安装 有电子激光靶； 三维激光扫描仪， 安装于无 人机上； 光学引导系统， 包括支架、 激光器和高精度旋转台， 高精度旋转台安装在支架上， 电子 激光靶连接有信号发射器， 激光器安装在高精度旋转台上； 中控平台， 包括分析模块、 控制模块、 信号接收器和遥控发射器， 高精度旋转台和遥控 发射器与控制模块电连接， 分析模块与信号接收器、 控制模块电连接 。 2.根据权利要求2所述的基于三维激光扫描的隧道内面检测装置， 其特征在于： 还包括 蓄电池， 蓄电池安装在无 人机上。 3.根据权利要求3所述的基于三维激光扫描的隧道内面检测装置， 其特征在于： 电子激 光靶的靶心处设有遮光 块。 4.应用权利要求1～3任一项所述的检测装置的基于三维激光扫描的隧道内面检测方 法， 其特征在于： 包括以下步骤： BIM建模： 将隧道的设计数据 导入到BIM建模软件中， 完成隧道的BIM建模后确定隧道中 线； 隧道分段： 根据隧道中线， 沿隧道中线的走向将隧道划分为若干直线段和曲线段， 获取 每段隧道的隧道中线位置设计数据， 根据隧道中线位置设计数据， 规划每段隧道内的离地 1.0m～1.5m高的无 人机飞行的规划路径， 规划路径包括 起点和终点； 导入规划路径： 将规划路径导入到无人机， 将无人机放置到规划路径起点， 并设定无人 机飞行速度； 将规划路径导入到控制模块； 检测装置架设： 将三维激光扫描仪、 电子激光靶、 信号发射器安装到无人机上， 启动无 人机悬停且让电子激光靶的靶心与起点重合； 将支架安装到规划路径起点位置， 通过支架 调节激光器高度， 让激光束的照射 点与靶心重合； 规划路径解析： 控制模块根据飞行速度和规划路径的数据， 解析出照射点在规划路径 上的分时控制点； 三维扫描： 无 人机沿规划路径按设定飞行速度飞行， 并启动三维激光扫描仪； 飞行路径监测并修正： 无人机启动飞行时同步启动高精度旋转台， 高精度带动激光器 的激光束以与飞行速度相同的速度依 次照射分时控制点； 电子激光靶感应激光照射点， 并 通过信号发射器将照射点位置信息发送到分析模块， 分析模块通过信号接收器接收信号 后， 分析激光照射点相对于靶心的位置， 并根据照射点相对靶心偏离的方向和位置， 通过控 制模块及遥控发射器调整无 人机飞行 方向， 直至靶心与照射 点重合， 直至无 人机飞至终点。 5.根据权利要求4所述的基于三维激光扫描的隧道内面检测方法， 其特征在于： 在隧道 分段步骤中， 每段隧道的坡度保持恒定， 并且获取每段隧道的坡度值， 规划路径的坡度值与 该段隧道坡度值相等。 6.根据权利要求5所述的基于三维激光扫描的隧道内面检测方法， 其特征在于： 分时控 制点之间的间距为0.5m～1m或者分时控制点之间的时间 间隔为0.1s～0.5s。 7.根据权利要求6所述的基于三维激光扫描的隧道内面检测方法， 其特征在于： 在飞行权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115507819 A 2路径监测并修正步骤前还包括试飞步骤： 无人机沿规划路径由起点向终点 飞行50m～100 m， 观察照射 点是否一 直与靶心重合。 8.根据权利要求7所述的基于三维激光扫描的隧道内面检测方法， 其特征在于： 在飞行 路径监测并修正步骤中， 对于隧道的直线段： 在该段隧道中线的起点处架设一套光学引导 系统， 激光器的照射方向与无人机的规划路径重合； 对于隧道的曲线段： 在该段隧道中线的 起点处两侧分别架设一套光学引导系统， 两台激光器的激光相交， 控制模块控制高精度旋 转台相互配合转动， 保持相交点位于规划路径上， 且相交点在规划路径上 的位移与光靶的 位移重合且同步。 9.根据权利要求8所述的基于三维激光扫描的隧道内面检测方法， 其特征在于： 激光器 上还具有激光测距装置 。 10.根据权利要求9所述的基于三维激光扫描的隧道内面检测方法， 其特征在于： 对于 隧道的曲线 段， 在飞行路径监测并修正步骤中， 若靶心两侧同时出现了照射点， 无人机逐渐 减速， 若电子激光靶感应到两个照射点向中间靠拢直至与靶心重合， 无人机则恢复至设定 飞行速度； 若无人机减速后， 电子激光靶感应到两个照射点间距变大， 则无人机逐渐加速， 直至两照射点向中间靠 拢并与靶心重合， 无 人机则恢复至设定飞行速度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115507819 A 3