一种智能化显示隧道超欠挖投影机及操作方法与流程

1.本发明属于隧道施工测量，适合于隧道新奥法与矿山法施工的掌子面开挖面放样及隧道超欠挖部位的放样。


背景技术：

2.三维激光扫描仪出现使工程测量技术由传统的点测量走向了面测量。这种新的测量方法相比点测量方法更能反映工程实体的实际情况，但目前这种技术主要用于工程实体的检测，还无法用于施工的放样。新奥法与矿山法隧道的掌子面开挖后都需要测量开挖断面的轮廓线，已开挖的断面新时需要放样超欠挖的面。传统的检测方法是采用全站仪、精密水准仪点测量，只能是现场边测边计算边移位的逐步逼近法，这种方法的速度慢、效率低。需要研究一种新的放样方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决现有技术中不足，故此提出一种扫描与投影相结合装置和方法，让测量放样真正做到可视化。
4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
5.一种智能化显示隧道超欠挖投影机，包括水平度盘，以及转动安装在水平度盘上表面上的u形支架，该u形支架的中部安装有横轴，横轴上安装有以横轴为旋转轴能自由转动的扫描仪和投影仪。
6.进一步的，该投影仪上带有上下左右四个数码相机，用于投影后生成三维的立体模型，以及检查与修正投影的图像。
7.进一步的，该投影仪中心与扫描仪中心存在相位差，同一设备相位差是一常数，水平度盘上设置有中心洞以及对准部，该对准部上设置有圆气泡，该中心洞用于与三脚架螺纹连接。
8.进一步的，该横轴上设置有两组导向槽，导向槽内设有齿形传动结构，投影仪和扫描仪上均安装有套装在横轴外侧的支架，支架上等间距周向分布且转动安装在支架上的传动齿轮，支架的外侧安装有微型驱动电机，该微型驱动电机的输出端与其中一传动齿轮连接。
9.进一步的，该投影机带有显示器显示工作状态，或采用平板电脑或手机，通过安装app，利用蓝牙与手机或平板电脑与投影机联结，并将设计的模型存入本投影机，设定扫描的数据采样速度，并查看扫描后的现场实际点云数据文件和下载。
10.进一步的，该投影机通过手机或平板电脑利用app蓝牙控制扫描与投影。
11.一种智能化显示隧道超欠挖投影机的操作方法，操作步骤如下：
12.首先，隧道洞内的控制点加密与联测，平差后作为测量基准点，本投影机架于隧道洞的左右侧不影响施工设备通行，施工设备不影响仪器的正常工作，适当位置或控制点架设本投影机，先整平对中，若采用后方交会法自由设站只需要整平，并与不少于两个控制点
通视，若架设于控制点需要一个控制点定向，架设于控制点，打开本投影机，移动设备与平设备兰牙连结，打开app，设站后本投影机的激光扫描头转到本投影机的水平度盘中心洞，激光沿中心螺丝孔向下，这时进行对中，同时观看照准部圆气泡与显示窗的电子气泡整平；
13.移动设备app上输入测站坐标，再设定向，转动照准部，激光对准另一控制点目标乩标板十字标志，app输入控制点方位角，完成设站；
14.其次，指向需要方样的部位app上设定扫描的范围，左角、右角、上下的仰俯角，激光扫描仪根据所设的范围进行三维激光扫描，扫描后的点云数据存入本投影机，本投影机带大容量的内存，又可以插入存储卡，移动设备的app可设定扫描的文件名，查看扫描的数据文件，并可以重命名；
15.再次，进行计算，可利用本投影机处理器计算设计与实测模型差的数据模型，也可利用移动设备的处理器计算两个模型差，将扫描模型与设计交线计算出，点云数据的线；将交线的点云数据以投影机相位的视角计算出投影线的所在的方位角输入投影图像文件，投影机以图像文件可以是jpg格式进行投影；
16.最后，图像投影与现场，同时四个相机进行图像的采集，生成立体的投影图像，进行计算，当然相机相对组生成的模型精度低于扫描仪的精度，只能参考，100米内只要不大于10cm可认为合格，否则查明原因，重新扫描；施工人员利用投影的线进行施工，隧道掌子面开挖的轮廓线，也可以投影炮眼点。
17.进一步的，若施工空间有限，施工设备对本投影机有影响，投影后技术人员对照投影的喷漆描绘后移除本投影机，这个方法比全站仪点放样的逼近法快；或投影其它部件的位置，如每5m写一个桩号，或投影整桩号的轮廓线。
18.进一步的，若采用后方交会法自由设站方法，只需要整平，指向一个控制点，app输入定向点三维坐标，再指向另一控制点，同样输入定向点三维坐标，可输入5个以内的点进行后方交会设站，app采用最小二乘原理计算设站点的三维坐标，同时以最后一个控制点设定定向方位角。
19.进一步的，为了保证精度，本投影机可以投影前后10m共20m的隧道断面。
20.与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
21.这种投影放样技术与全站仪的点放样方法相比，真正做到了面放样，放样做到真正的可视化，比逐步逼近的点放样方法速度快、效率高。但目前只能用于隧道洞内测量放样与夜间路基结构物的放样。本设备目前只能用于隧道洞内的测量放样，对于阳光下的路基施工无法采用，但夜间施工可以采用放样路基的坡面、填方的坡脚线，挖方的开挖口，结构物的检测等等。让测量放样真正做到可视化。
附图说明
22.图1为本发明的整体结构主视图；
23.图2为本发明的水平度盘的俯视图；
24.图3为本发明的u形支架的整体结构示意图；
25.图4为本发明的横轴的整体结构示意图；
26.图5为本发明的支架和横轴的安装结构示意图。
27.图中：10、水平度盘；11、中心洞；12、对准部；13、圆气泡；20、u形支架；21、横轴；
211、导向槽；212、齿形传动结构；22、扫描仪；23、投影仪；24、微型驱动电机；25、支架；26、传动齿轮。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.实施例：如图1至图5所示，一种施工用智能可视化工程测量投影扫描机，包括水平度盘10，水平度盘10上设置有中心洞11以及对准部12，该对准部12上设置有圆气泡13，该中心洞11用于与三脚架螺纹连接，通过三脚架将水平度盘10进行调平。通过对准部12便于将其上的部件进行对中处理。圆气泡13用于直接判断水平度盘10是否处于调平状态。
31.以及转动安装在水平度盘10上表面上的u形支架2520，该u形支架2520的中部安装有横轴21，横轴21上安装有以横轴21为旋转轴能自由转动的扫描仪22和投影仪23。该投影仪23上带有上下左右四个数码相机，用于投影后生成三维的立体模型，以及检查与修正投影的图像。通过数码相机并沿横轴21进行360
°
的扫描处理，投影后生成三维的立体模型，以及检查与修正投影的图像，使得图像更为直观明显，实现可视化处理。其中本设备内部安装有控制器，用于实现蓝牙连接、数据传输与存储，该控制器除了内部程序以外相对现有产品几乎无不同之处。
32.该投影仪23中心与扫描仪22中心存在相位差，同一设备相位差是一常数，通过该相位差定向实现扫描和投影信息准确等的功能处理。
33.该横轴21上设置有两组导向槽211，导向槽211内设有齿形传动结构212，投影仪23和扫描仪22上均安装有套装在横轴21外侧的支架25，支架25上等间距周向分布且转动安装在支架25上的传动齿轮26，支架25的外侧安装有微型驱动电机24，该微型驱动电机24的输出端与其中一传动齿轮26连接。通过微型驱动电机24带动其中一个传动齿轮26沿导向槽211进行周向运动，便于投影仪23和扫描仪22实现360度的旋转运动，以及其中一个实现其对中处理的效果。
34.该投影扫描机带有显示器显示工作状态，或采用平板电脑或手机，通过安装app，利用蓝牙与手机或平板电脑与投影扫描机联结，并将设计的模型存入本投影扫描机，设定扫描的数据采样速度，并查看扫描后的现场实际点云数据文件和下载。该投影扫描机通过手机或平板电脑利用app蓝牙控制扫描与投影。通过二者的app蓝牙控制实现，远程遥控以及可视化处理功能，大大提高其操作效率以及检测精度。
35.一种施工用智能可视化工程测量投影扫描机的操作方法，操作步骤如下：
36.首先，隧道洞内的控制点加密与联测，平差后作为测量基准点，本投影扫描机架于隧道洞的左右侧不影响施工设备通行，施工设备不影响仪器的正常工作，适当位置或控制点架设本投影扫描机，先整平对中，若采用后方交会法自由设站只需要整平，并与不少于两个控制点通视，若架设于控制点需要一个控制点定向，架设于控制点，打开本投影扫描机，
移动设备与平设备兰牙连结，打开app，设站后本投影扫描机的激光扫描头转到本投影扫描机的水平度盘10中心洞11，激光沿中心螺丝孔向下，这时进行对中，同时观看照准部圆气泡13与显示窗的电子气泡整平；若采用后方交会法自由设站方法，只需要整平，指向一个控制点，app输入定向点三维坐标，再指向另一控制点，同样输入定向点三维坐标，可输入5个以内的点进行后方交会设站，app采用最小二乘原理计算设站点的三维坐标，同时以最后一个控制点设定定向方位角。
37.移动设备app上输入测站坐标，再设定向，转动照准部，激光对准另一控制点目标乩标板十字标志，app输入控制点方位角，完成设站。
38.其次，指向需要方样的部位app上设定扫描的范围，左角、右角、上下的仰俯角，激光扫描仪22根据所设的范围进行三维激光扫描，扫描后的点云数据存入本投影扫描机，本投影扫描机带大容量的内存，又可以插入存储卡，移动设备的app可设定扫描的文件名，查看扫描的数据文件，并可以重命名；
39.再次，进行计算，可利用本投影扫描机处理器计算设计与实测模型差的数据模型，也可利用移动设备的处理器计算两个模型差，将扫描模型与设计交线计算出，点云数据的线；将交线的点云数据以投影机相位的视角计算出投影线的所在的方位角输入投影图像文件，投影机以图像文件可以是jpg格式进行投影；为了保证精度，本投影机可以投影前后10m共20m的隧道断面。
40.最后，图像投影与现场，同时四个相机进行图像的采集，生成立体的投影图像，进行计算，当然相机相对组生成的模型精度低于扫描仪22的精度，只能参考，100米内只要不大于10cm可认为合格，否则查明原因，重新扫描；施工人员利用投影的线进行施工，隧道掌子面开挖的轮廓线，也可以投影炮眼点。若施工空间有限，施工设备对本投影扫描机有影响，投影后技术人员对照投影的喷漆描绘后移除本投影扫描机，这个方法比全站仪点放样的逼近法快；或投影其它部件的位置，如每5m写一个桩号，或投影整桩号的轮廓线。
41.在精度要求不高下，可以利用相机采用模型加上设计数据进行投影，速度相比激光扫描更快。
42.最后，本设备也可用于已开挖的洞壁超欠挖的检测，方法同掌子面的放样，先扫描洞内壁的数据模型，计算出设计模型与实际模型的交线，app设定交线内如果是欠挖以一种颜色填充，超挖的线内用另一种色彩填充，再投影与现场，施工工员对照色彩的面进行处理。
43.本装置的扫描方法是激光扫描头沿横轴21作360度转动，扫描前后10m共20m的范围，投影镜头也是沿横轴21作360度转动，达到照准部不再扫描与投影。
44.如果施工一直进行中，施工后的实际模型不断发生变化，如果本设备一直用于施工的监视，每施工一段时间需要重新扫描重新投影。
45.本设备目前只能用于隧道洞内的测量放样，对于阳光下的路基施工无法采用，但夜间施工可以采用放样路基的坡面、填方的坡脚线，挖方的开挖口，结构物的检测等等。
46.这种投影放样技术与全站仪的点放样方法相比，真正做到了面放样，放样做到真正的可视化，比逐步逼近的点放样方法速度快、效率高。但目前只能用于隧道洞内测量放样与夜间路基结构物的放样。
47.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。
所述替代可以是部分结构、器件、方法步骤的替代，也可以是完整的技术方案。根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。