一种基于三维激光扫描技术的桥梁水下无线监测重构装置

摘要

本发明属于桥梁结构检测领域，具体涉及一种基于三维激光扫描技术的桥梁水下无线监测重构装置，包括轨道、基站及无线激光扫描轨道车，所述轨道沿桥梁铺设，所述基站位于轨道上，基站上设置基站通信模块和基站无线信号传输模块，所述无线激光扫描轨道车用以沿轨道行驶，无线激光扫描轨道车上设置三维激光扫描模块和轨道车无线信号传输模块，三维激光扫描模块用以对桥梁进行激光扫描，轨道车无线信号传输模块用以与基站无线信号传输模块对接以实现信息传输。本发明基于自充电技术以及三维激光扫描技术，实现了桥梁水下结构的无线监测，能够完整并高精度地重建扫描实物的空间三维形态，对扫描物体表面无需进行任何处理,真正实现无接触测量。

说明书

技术领域

本发明属于桥梁结构检测领域，具体涉及一种基于三维激光扫描技术的桥梁水下无线监测重构装置。

背景技术

由于水下环境复杂多变对桥梁等水下水下结构物的稳定性和耐久性有重要影响，例如海水中大量的氯离子导致的钢筋锈蚀，昼夜和季节更替导致的冻融破坏，以及波流冲刷和结构震动引起的混凝土破坏。为了减少并及时修复这类破坏，有必要对桥梁结构物进行监测。桥梁监测是维护桥梁正常使用的必要技术措施，对保护国家和人民的生命及财产安全具有十分重要的意义。对桥梁结构物的监测可以采用多种技术手段，如GPS技术，精密水准测量及近景摄影测量等，相关的方法及理论研究都已比较深入，形成了相应的技术及理论体系。

激光扫描技术已经被用于桥梁修复领域，并取得显著成效。三维激光扫描技术是近年来发展起来的一项测绘技术,其又被称为"“实景复制技术”，该技术能够完整并高精度地重建扫描实物的空间三维形态，对扫描物体表面无需进行任何处理,真正实现无接触测量。三维激光扫描被誉为“继GPS技术以来测绘领域的又一次技术革命”。该技术作为获取空间数据的有效手段，以其快速，精确，无接触测量等优势在众多领域发挥着越来越重要的作用。

目前的桥梁监测技术有GPS技术，精密水准测量及近景摄影测量等，但现有的桥梁结构物的监测技术的作业环境大多是水上环境，水下作业不确定因素多，环境复杂，大多还是人力勘测，所以人力资源较大，监测效率较低。本发明设计了一台具有高防水性能的无线激光扫描轨道车，实现机器代替人力的水下结构物监测，该无线激光扫描轨道车基于三维激光扫描技术，实现桥梁结构物无线监测、三维图像重构、监测信息传输以及电能供应的有机结合。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种基于三维激光扫描技术的桥梁水下无线监测重构装置技术方案。

所述的一种基于三维激光扫描技术的桥梁水下无线监测重构装置，其特征在于包括

轨道，所述轨道沿桥梁铺设；

基站，所述基站位于轨道上，基站上设置基站通信模块和基站无线信号传输模块；以及

无线激光扫描轨道车，所述无线激光扫描轨道车用以沿轨道行驶，无线激光扫描轨道车上设置三维激光扫描模块和轨道车无线信号传输模块，三维激光扫描模块用以对桥梁进行激光扫描，轨道车无线信号传输模块用以与基站无线信号传输模块对接以实现信息传输。

所述的一种基于三维激光扫描技术的桥梁水下无线监测重构装置，其特征在于所述无线激光扫描轨道车的底部两侧设置轮毂，所述轨道两侧具有沿轨道长度方向开设的凹槽，所述凹槽上端设置内台阶结构，无线激光扫描轨道车的两侧位于凹槽内与内台阶结构挡接，以防无线激光扫描轨道车脱落。

所述的一种基于三维激光扫描技术的桥梁水下无线监测重构装置，其特征在于所述无线激光扫描轨道车的两侧分别设置弹簧扣机构，弹簧扣机构包括用以与无线激光扫描轨道车固定安装的第一连接座、用以轨道的内台阶结构挡接的第二连接座及连接于两者之间的拉簧。

所述的一种基于三维激光扫描技术的桥梁水下无线监测重构装置，其特征在于所述第一连接座与第二连接座滑动套配，两者之间具有一安装腔，所述拉簧设置于安装腔，拉簧用以通过第一连接座将无线激光扫描轨道车往轨道一侧拉紧，使无线激光扫描轨道车的轮毂与轨道紧密配合。

所述的一种基于三维激光扫描技术的桥梁水下无线监测重构装置，其特征在于所述轮毂为齿轮，轨道上具有用以与齿轮啮合的齿条。

所述的一种基于三维激光扫描技术的桥梁水下无线监测重构装置，其特征在于所述基站无线信号传输模块和轨道车无线信号传输模块均为蓝牙模块，当无线激光扫描轨道车靠近基站时，基站无线信号传输模块和轨道车无线信号传输模块对接。

所述的一种基于三维激光扫描技术的桥梁水下无线监测重构装置，其特征在于所述无线激光扫描轨道车或基站设置图片处理模块，所述图片处理模块用以根据三维激光扫描模块获取的扫描信息将桥梁结构物重构成三维图像。

所述的一种基于三维激光扫描技术的桥梁水下无线监测重构装置，其特征在于所述基站上设置无线充电发射模块，所述无线激光扫描轨道车上设置设置无线充电接收模块，当无线激光扫描轨道车靠近基站时，无线充电发射模块与无线充电接收模块对接，以实现无线充电。

所述的一种基于三维激光扫描技术的桥梁水下无线监测重构装置，其特征在于所述基站上设置太阳能电池模块，所述太阳能电池模块用以蓄电和充电。

所述的一种基于三维激光扫描技术的桥梁水下无线监测重构装置，其特征在于所述无线激光扫描轨道车的一侧设置位置与三维激光扫描模块相对应的高清密封透光防水罩；所述无线激光扫描轨道车包括轨道车主体和固定盖设于轨道车主体顶部的车盖，两者之间设置止水条；所述无线激光扫描轨道车上设置声呐模块。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明基于激光扫描技术，实现桥梁结构物水下无线监测扫描、三维图像重构、监测信息传输以及电能供应的有机结合。与现在大多数桥梁监测技术相比，本发明基于无线激光扫描轨道车的结构设计和防水措施，重点克服了仪器在水下作业的防水性能；本发明基于无线激光扫描轨道车的声呐装置，实现了无线激光扫描轨道车在行进过程中的路线勘探，提高了它应对水下复杂环境的能力；本发明基于自充电技术以及三维激光扫描技术，实现了桥梁水下结构的无线监测，能够完整并高精度地重建扫描实物的空间三维形态，对扫描物体表面无需进行任何处理,真正实现无接触测量；本发明基于轨道的凹槽和池体结构以及无线激光扫描轨道车的弹簧扣机构，可以实现无线激光扫描轨道车运行的稳定性和精确控制；本发明基于基站无线信号传输模块、基站通信模块与轨道车无线信号传输模块组成的信息传输系统，实现桥梁监测信息从无线激光扫描轨道车到基站再到地面基站的高时效性的传递，以便及时作出反馈，大大提高了监测和维护效率；本发明基于基站的太阳能电池模块、无线充电接收模块和无线充电发声模块，实现整个监测系统的电能自给。

附图说明

图1为本发明使用状态结构示意图；

图2为本发明中无线激光扫描轨道车与轨道连接结构示意图之一；

图3为本发明中无线激光扫描轨道车与轨道连接结构示意图之二；

图4为本发明中弹簧扣机构与轨道连接结构示意图；

图5为本发明中无线激光扫描轨道车结构示意图；

图6为本发明中三维激光扫描模块结构示意图；

图7为本发明中基站结构示意图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、 “另一端”、 “外侧”、 “上”、 “内侧”、 “水平”、 “同轴”、 “中央”、 “端部”、 “长度”、 “外端”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。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图所示，一种基于三维激光扫描技术的桥梁水下无线监测重构装置，包括

轨道3，所述轨道3沿桥梁铺设；

基站1，所述基站1位于轨道3上，基站1上设置基站通信模块4和基站无线信号传输模块27；以及

无线激光扫描轨道车2，所述无线激光扫描轨道车3用以沿轨道3行驶，无线激光扫描轨道车2上设置三维激光扫描模块和轨道车无线信号传输模块28，三维激光扫描模块用以对桥梁进行激光扫描，轨道车无线信号传输模块28用以与基站无线信号传输模块27对接以实现信息传输。

作为优化：所述无线激光扫描轨道车2的底部两侧设置轮毂11，所述轨道3两侧具有沿轨道长度方向开设的凹槽300，所述凹槽300上端设置内台阶结构301，无线激光扫描轨道车2的两侧位于凹槽300内与内台阶结构301挡接，以防无线激光扫描轨道车2脱落。

进一步地，所述无线激光扫描轨道车2的两侧分别设置弹簧扣机构10，弹簧扣机构10包括用以与无线激光扫描轨道车2固定安装的第一连接座1000、用以轨道3的内台阶结构301挡接的第二连接座1001及连接于两者之间的拉簧1002。

更进一步地，所述第一连接座1000与第二连接座1001滑动套配，两者之间具有一安装腔，所述拉簧设置于安装腔，拉簧1002用以通过第一连接座1000将无线激光扫描轨道车2往轨道3一侧拉紧，使无线激光扫描轨道车2的轮毂11与轨道3紧密配合。

作为优化：所述轮毂11为齿轮，轨道3上具有用以与齿轮啮合的齿条302。

作为优化：所述基站无线信号传输模块27和轨道车无线信号传输模块28均为蓝牙模块，当无线激光扫描轨道车2靠近基站1时，基站无线信号传输模块27和轨道车无线信号传输模块28对接。

作为优化：所述无线激光扫描轨道车2或基站1设置图片处理模块9，图片处理模块9为图像处理芯片，图片处理模块9优选为设置于无线激光扫描轨道车2上，所述图片处理模块9用以根据三维激光扫描模块获取的扫描信息将桥梁结构物重构成三维图像。

作为优化：所述基站1上设置无线充电发射模块7，所述无线激光扫描轨道车2上设置设置无线充电接收模块30，当无线激光扫描轨道车2靠近基站1时，无线充电发射模块7与无线充电接收模块30对接，以实现无线充电。其中，无线充电发射模块7和无线充电接收模块30均为电磁线圈，其还配备相应的电路结构，由于无线充电为公知技术，因此不再赘述。

作为优化：所述基站1上设置太阳能电池模块5，所述太阳能电池模块5用以蓄电和充电。

作为优化：所述无线激光扫描轨道车2的一侧设置位置与三维激光扫描模块相对应的高清密封透光防水罩15，高清密封透光防水罩15作为三维激光扫描模块的镜头，其与无线激光扫描轨道车2上的端口13通过螺纹连接，且高清密封透光防水罩15与端口13之间还通过设置的防水圈14进行防水密封，高清密封透光防水罩15与端口13旋紧时正好将防水圈14夹紧，防水圈14优选为聚四氟乙烯防水胶圈。

所述无线激光扫描轨道车2包括轨道车主体21和固定盖设于轨道车主体21顶部的车盖18，两者之间设置止水条19，相应的，轨道车主体21上开设与止水条19对应的止水条安装槽20；所述无线激光扫描轨道车2上设置声呐模块16，本发明8利用声呐模块16进行水下监测路线和轨道3的勘探和自查。

作为优化：所述三维激光扫描模块包括扫描模块主体、横向角度调节装置22、纵向角度调节装置23、角度定位陀螺仪24、激光传感器25和激光发射器26，三维激光扫描模块的结构为公知技术，不再赘述。

本发明的无线激光扫描轨道车2自带行走机构，其包括电机、传动机构、轮轴、轮毂11等，由于车体的行走机构为公知技术，因此不再赘述。

本发明的无线激光扫描轨道车2上设置开关触发件8，基站1上设置开关6，当无线激光扫描轨道车2靠近基站1时，开关触发件8触碰开关6，然后轨道车无线信号传输模块28和基站无线信号传输模块27打开对接，开始传输数据。

本发明的基站1配备处理器，进行信息处理和传输。

以图1，6为例解释本发明整体工作过程。例如，本发明的轨道3竖直朝下铺设于桥墩上，无线激光扫描轨道车2通过程序设定，每60分钟沿轨道3向下运动，致水面以下后绕桥墩一圈，通过三维激光扫描模块对桥墩水下易受侵蚀部分进行激光扫描监测，通过图片处理模块9对监测信息进行三维重构，随后无线激光扫描轨道车2沿轨道3返回基站1。

以图2，7为例解释本发明中基站1、无线激光扫描轨道车2以及轨道3的交互过程。例如，无线激光扫描轨道车2对桥梁结构物完成三维激光扫描监测后，回到基站1，利用开关触发件8触碰开关6，启动信息传输指令，通过蓝牙将无线激光扫描轨道车2的监测内容传递到基站1，实现数据信息的对接和传递；同时，无线激光扫描轨道车2位于无线充电发射模块7上充电，为无线激光扫描轨道车2以及激光扫描模块的下一次扫描任务供能。在完成无线激光扫描轨道车2与基站1的信息传递后，基站1利用基站通信模块4将所得三维图像信息传递给地面基站，此时完成一次桥梁结构物的监测任务。本发明的技术同时考虑了电能供应，于基站1上部设置太阳能电池模块5，实现整个装置的电能自给。

以图2，6为例解释本发明中三维激光扫描模块的工作原理，无线激光扫描轨道车2行进至轨道3的一个测点时，三维激光扫描模块先通过角度定位陀螺仪24对整个三维激光扫描模块进行角度校准定位，后通过激光发射器26向桥梁结构物发出激光，激光触及桥梁结构物后返回激光传感器25，此时完成一次激光扫描，再通过横向角度调节装置22和纵向角度调节装置23的配合，实现在一个测点的全方位监测扫描，在完成一个测点的全方位监测扫描任务后，无线激光扫描轨道车2遂移至下一测点，与此同时，位于无线激光扫描轨道车2内部的图片处理模块9对三维激光扫描模块采集的信息进行三维图像重构。

以图2,3为例解释本发明的无线激光扫描轨道车2和轨道3的工作原理，无线激光扫描轨道车2的轮毂11采用齿轮状的轮毂形式，轨道3采用与之配合的齿条形式，实现轮毂与轨道3的咬合，配合无线激光扫描轨道车2内部的机械传动装置，可以防止无线激光扫描轨道车2由于重力原因产生纵向滑移。无线激光扫描轨道车2的两侧分别配置了两个弹簧扣机构10，共计4个，该弹簧扣机构10具有一定的自收缩能力，轨道3的两侧具有凹槽300和台阶结构301，无线激光扫描轨道车2放置于轨道3上时，由于弹簧扣机构10的自收缩效应，弹簧扣机构10与轨道3上的台阶结构301扣合，该设置能够实现无线激光扫描轨道车2在轨道上的稳固运行，有效防止无线激光扫描轨道车2掉落或者倾覆。其原理是利用弹簧1002对第一连接座1000的拉力使无线激光扫描轨道车2的齿轮始终牢牢啮合在齿条302上不会脱落。

以图3为例解释本发明的无线激光扫描轨道车2的声呐装置16的工作原理，图中，声呐装置16设置于线激光扫描轨道车2的正前方，而三维激光扫描模块设置在小车左侧，前者用于无线激光扫描轨道车2在前进过程中对前进路线的简单勘探扫描，以便做出应激反应防止由于水下复杂环境导致轨道3被堵，或是轨道3故障而导致的无线激光扫描轨道车2在轨道上的卡死，后者则用于桥梁水下结构物的三维激光扫描图像重构。

以图2，5为例解释本发明的无线激光扫描轨道车2的防水性能，无线激光扫描轨道车2由车盖18和轨道车主体21构成，在轨道车主体21上设置了一圈止水条安装槽20，用于铺设防水密封材料，即止水条19，止水条19用聚四氟乙烯橡胶以及液体密封材料配合构成，车盖18和轨道车主体21通过8枚紧固螺丝配合，实现无线激光扫描轨道车2的最大防水性能。无线激光扫描轨道车2的三维激光扫描模块和声呐装置16外部均用防水胶圈和防水透光罩保护，以实现其功能的同时保证其防水性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。