基于移动激光扫描技术隧道空间检测的误差分析及修正研究

发布时间：2017-05-12 09:23

  本文关键词：基于移动激光扫描技术隧道空间检测的误差分析及修正研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：地铁隧道几何形位是保证地铁列车平稳、安全运行的基础,其检测效率和检测精度直接影响列车的正常运营。因此,研发高精度的隧道空间几何形变的检测技术具有十分重要的理论和现实基础。本文通过对国内外隧道形变激光检测技术的研究,论述了具有代表性的移动激光轨检车的检测方法;在分析轨检车测量技术现状的基础上,根据地铁的设计规范和扫描仪的测量原理,提出一种基于移动激光扫描技术的隧道全路段几何形变检测方法;并针对全新的扫描系统提出相应的误差分析模型,并加以修正。本文主要研究内容如下:(1)设计开发了针对隧道全路段检测的移动激光扫描平台,系统采用基于ARM嵌入式定位同步技术的定位方案,包括扫描仪,倾斜仪和光电编码器、主控模块、实时数据显示模块、平台驱动模块等功能模块。(2)基于姿态可测的移动激光扫描平台,提出平台在倾斜状态下空间数据的矫正模型,利用自行开发的数据处理软件对扫描仪数据、光电编码器的定位数据和倾角仪的定姿数据进行数据融合,得到真实的隧道空间数据。(3)从移动激光扫描系统的系统构成入手,分析了系统的定位原理和各传感器的参考坐标系,以及坐标系之间转换的几何模型;从扫描仪获取点云数据的原理入手,分析了扫描系统的误差来源,提出了基于扫描仪点云数据的误差估计模型,并对系统的误差精度进行了理论分析,最后还对计算得到的理论精度和检校的实测精度进行了对比。
【关键词】：隧道空间检测 移动激光扫描 多传感定位 校正 误差分析
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U456.3
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 研究背景12-15
• 1.1.1 轨道交通隧道空间安全问题12-13
• 1.1.2 隧道空间检测技术发展历程13-14
• 1.1.3 移动激光扫描技术研究现状14-15
• 1.2 研究意义15-16
• 1.3 研究内容及章节安排16-18
• 1.3.1 研究内容16-17
• 1.3.2 章节安排17-18
• 第二章 直线路段扫描系统18-37
• 2.1 系统工作原理18-23
• 2.1.1 多维数据同步技术18-19
• 2.1.2 螺旋扫描方案研究19-23
• 2.1.3 系统总体设计23
• 2.2 系统定位23-28
• 2.2.1 定位方案分析与研究23-24
• 2.2.2 单编码器定位原理与通信方式24-27
• 2.2.3 定位数据后期处理27-28
• 2.3 直线段 2D截面数据28-35
• 2.3.1 扫描仪工作特性28-29
• 2.3.2 2D数据获取原理29-31
• 2.3.3 2D数据后期处理31-35
• 2.4 三维空间数据合成35-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 全路段扫描系统37-70
• 3.1 全路段扫描环境分析37-38
• 3.2 系统工作原理38-50
• 3.2.1 曲线段数据特性分析38-39
• 3.2.2 曲线段TTL扫描研究39-40
• 3.2.3 基于嵌入式系统的总体设计40-42
• 3.2.4 系统构成42-50
• 3.3 系统定位50-52
• 3.3.1 轨道曲线段定位原理50-51
• 3.3.2 定位数据存储和后期处理51-52
• 3.4 系统定姿52-57
• 3.4.1 姿态分析52-53
• 3.4.2 倾斜仪工作特性和通信方式53-56
• 3.4.3 倾斜数据存储56-57
• 3.5 曲线段 2D数据处理57-61
• 3.5.1 以Row为基准的数据丢失判定57-59
• 3.5.2 以Column为基准的数据丢失判定59-61
• 3.6 三维空间数据合成61-64
• 3.6.1 定位定姿数据与 2D数据的合成61-62
• 3.6.2 基于定姿数据的 3D数据矫正62-64
• 3.7 实验验证64-69
• 3.7.1 实验方案设计64-65
• 3.7.2 实验结果分析65-69
• 3.8 本章小结69-70
• 第四章 移动激光扫描系统定位70-76
• 4.1 坐标系统70-73
• 4.1.1 载体坐标系70-71
• 4.1.2 扫描仪坐标系71
• 4.1.3 倾斜仪坐标系71-72
• 4.1.4 轨道坐标系72-73
• 4.2 移动激光扫描系统几何模型73-75
• 4.2.1 扫描点在扫描仪坐标系中的坐标73
• 4.2.2 扫描仪坐标系到倾斜仪坐标系73-74
• 4.2.3 倾斜仪坐标系到轨道坐标系74-75
• 4.3 本章小结75-76
• 第五章 移动激光测量系统测量误差分析与处理76-84
• 5.1 移动激光测量系统测量误差源分析76-79
• 5.1.1 二维数据测量误差76-78
• 5.1.2 定位误差78-79
• 5.1.3 定姿误差79
• 5.2 误差精度分析79-80
• 5.2.1 扫描仪安装误差79-80
• 5.2.2 系统安装误差80
• 5.2.3 倾斜仪测量误差80
• 5.3 误差计算80-83
• 5.3.1 误差计算公式80-82
• 5.3.2 模型精度与实测精度比较82
• 5.3.3 精度比较结果分析82-83
• 5.4 本章小结83-84
• 第六章 总结与展望84-86
• 6.1 论文工作总结84-85
• 6.2 后续工作展望85-86
• 参考文献86-89
• 附录89-92
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果92-93
• 致谢93-94

【参考文献】

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本文编号：359407