基于移动激光扫描技术的隧道限界检测研究

发布时间：2017-07-05 12:20

  本文关键词：基于移动激光扫描技术的隧道限界检测研究

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【摘要】：如何精确高效地采集到隧道断面数据,根据采集的数据获取相关信息,并在此基础上进行相关的分析与研究是城市轨道交通隧道限界检测亟需解决的问题。激光扫描技术具有对空间物体高分辨率、高效率、高精度检测的特点,适合用于解决隧道限界检测问题。经过对国内和国外限界检测的现状进行详细地调研,本文在参考前期移动激光扫描设备的基础上,对原基于学习版的STM32系统进行有效裁剪和功能改进。改进后的移动激光扫描系统能够提供准确的地下空间数字信息服务并且更加适合工业生产的需要,该系统具有体积小,耗能低,高效率,高精度等特点。限界检测系统以STM32微处理器作为中央处理单元,通过Faro Focus3D采集断面信息,通过光电式编码器采集里程信息,通过二维倾角仪采集系统的实时姿态信息;利用TTL同步方式根据光电编码器的脉冲通过串行通信端口RS232来控制激光扫描仪的扫描频率;对采集的信息进行线下处理,利用Matlab2013b对采集的数据进行去噪声和压缩等预处理,将结果与已内置标准限界数据进行比较,得出具体病害位置。本文以利用移动激光扫描技术实现隧道限界检测为研究重点,绘制新型电路板替代原系统的学习板,设计电源转换模块为系统各电子部件供电,搭建隧道仿真环境,设计隧道限界检测方法,对系统获取的数据进行预处理和限界检测应用研究,并在上海宜山路地铁站路段进行现场测试,实验结果和现场测试结果充分证明了系统研究的合理性和有效性,研究结果基本达到了研究期望。
【关键词】：移动激光扫描 隧道检测 限界 嵌入式系统
【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】：U452.1
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 研究背景12-17
• 1.1.1 城市轨道交通发展12
• 1.1.2 隧道限界检测12
• 1.1.3 三维激光扫描技术12-14
• 1.1.4 移动激光扫描14-15
• 1.1.5 现有研究工作状况分析15-17
• 1.2 研究意义17
• 1.3 隧道检测技术现状17-20
• 1.3.1 国外隧道限界检测研究现状17-19
• 1.3.2 国内隧道限界检测研究现状19-20
• 1.4 研究内容与研究方法20-22
• 1.4.1 研究内容20
• 1.4.2 章节安排20-22
• 第二章 限界检测系统总体设计22-29
• 2.1 激光测距原理22-24
• 2.1.1 脉冲法测距原理22-23
• 2.1.2 相位法测距原理23-24
• 2.1.3 三角法测距原理24
• 2.1.4 PinPoint精密测距原理24
• 2.2 限界检测原理24-27
• 2.2.1 限界检测内容24-26
• 2.2.2 限界检测原理26-27
• 2.2.3 限界检测过程27
• 2.3 限界检测系统总体设计27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 限界检测系统硬件设计29-38
• 3.1 检测系统硬件总体设计29-30
• 3.2 系统承载车设计30-31
• 3.2.1 系统承载车模型设计30-31
• 3.2.2 系统承载车实物31
• 3.3 电源模块设计31-33
• 3.3.1 电压转换原理31-32
• 3.3.2 电压转换模块设计图32
• 3.3.3 电压转换模块实物32-33
• 3.4 传感器模块设计33-35
• 3.4.1 光电编码器33-34
• 3.4.2 激光扫描仪34-35
• 3.4.3 二维倾角仪35
• 3.5 功能模块设计35-36
• 3.5.1 ECU35-36
• 3.5.2 液晶显示屏36
• 3.6 本章小结36-38
• 第四章 限界检测系统软件设计38-47
• 4.1 检测系统软件总体设计38-39
• 4.2 模块设计39-43
• 4.2.1 初始化程序39
• 4.2.2 系统主程序39-40
• 4.2.3 数据采集程序40-42
• 4.2.4 数据同步程序42-43
• 4.3 环境配置及接口模块设计43-46
• 4.3.1 时钟配置43-44
• 4.3.2 定时器配置44-45
• 4.3.3 SD卡驱动程序45
• 4.3.4 FAT文件系统移植45-46
• 4.3.5 USB驱动程序46
• 4.4 本章小结46-47
• 第五章 限界检测方法研究47-56
• 5.1 空间三维重建47-51
• 5.1.1 三维重建方法47
• 5.1.2 系统三维重建47-51
• 5.2 点云预处理51-52
• 5.2.1 点云去噪声51-52
• 5.2.2 点云压缩52
• 5.3 限界检测52-55
• 5.3.1 定位问题52-53
• 5.3.2 倾斜校正53-54
• 5.3.3 坐标变换54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第六章 系统测试与误差分析56-63
• 6.1 模拟环境测试与误差分析56-60
• 6.1.1 模拟环境测试56-58
• 6.1.2 误差分析58-60
• 6.2 现场测试与误差分析60-62
• 6.2.1 现场测试60-62
• 6.2.2 误差分析62
• 6.3 本章小结62-63
• 第七章 总结与展望63-65
• 7.1 总结63
• 7.2 展望63-65
• 参考文献65-68
• 附录1 MCU电路图68-69
• 附录2 电压耦合模块电路图69
• 附录3 编码器引脚图69-70
• 附录4 二维倾角仪的引线定义70-71
• 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71-72
• 致谢72-73

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本文编号：521962