基于光纤光栅传感技术与混合固态三维激光雷达扫描技术的隧道安全综合监测系统研究(上)

为解决传统的隧道变形监测方法存在测量效率低、可视化和自动化程度不高、实时性差等问题,在介绍光纤光栅传感技术原理和混合固态三维激光雷达扫描技术原理的基础上,提出基于光纤光栅传感技术与混合固态三维激光雷达扫描技术相结合的隧道安全综合监测系统总体结构,分析设备配置和工作原理。以云南省某铁路隧道1个月的实际数据为例,分析隧道安全综合监测系统监测数据,结果表明:由混合固态三维激光雷达扫描仪得到的可视化三维点云数据,能够完整展示隧道全息变形情况;采用布拉格光纤光栅传感器,能够实时动态监测隧道截面位移变化情况。通过以上2种监测方法的“点面结合”,经过综合分析,认为该时间段内该隧道结构安全稳定。研究成果对于提高隧道变形监测的智能化及准确性具有重要参考价值和现实意义。

基于光纤光栅传感技术与混合固态三维激光雷达扫描技术的隧道安全综合监测系统研究(下)

为解决传统的隧道变形监测方法存在测量效率低、可视化和自动化程度不高、实时性差等问题,在介绍光纤光栅传感技术原理和混合固态三维激光雷达扫描技术原理的基础上,提出基于光纤光栅传感技术与混合固态三维激光雷达扫描技术相结合的隧道安全综合监测系统总体结构,分析设备配置和工作原理。以云南省某铁路隧道1个月的实际数据为例,分析隧道安全综合监测系统监测数据,结果表明:由混合固态三维激光雷达扫描仪得到的可视化三维点云数据,能够完整展示隧道全息变形情况;采用布拉格光纤光栅传感器,能够实时动态监测隧道截面位移变化情况。通过以上2种监测方法的“点面结合”,经过综合分析,认为该时间段内该隧道结构安全稳定。研究成果对于提高隧道变形监测的智能化及准确性具有重要参考价值和现实意义。

单目-无扫描3D激光雷达融合的非合作目标相对位姿估计

针对传统的利用单一视觉传感器难以实现复杂非合作空间操控导航的问题,提出一种基于单目相机与无扫描三维激光雷达融合的非合作目标相对位姿估计方法。首先,设计了基于成像几何关系的单目纹理-非扫描距离图像的快速配准与融合方法;之后,在构建目标同步定位与建图(SLAM)贝叶斯滤波模型基础上,提出一种扩展卡尔曼滤波-无损卡尔曼滤波-粒子滤波联合的滤波估计算法,可实现尺度模糊下相对位姿的快速鲁棒估计;其次,针对估计中的尺度模糊问题,提出基于融合图像的全局尺度系数确定方法,将尺度系数估计问题转化为简单线性滤波问题。基于Open GL生成的2D/3D图像实验表明:所提出的方法具有较优的精度和鲁棒性;相对位置估计误差与尺度估计误差相关,二者近似成线性正比关系。

大口径光学潜望式激光雷达三维扫描装置

该发明公开了一种大口径光学潜望式激光雷达三维扫描装置。该装置包括平面反射镜、水平旋转机构和垂直旋转机构。平面反射镜成45度角安装在水平旋转机构和垂直旋转机构上，垂直旋转机构和水平旋转机构之间转动连接，垂直旋转机构下端有转盘，水平旋转机构和垂直旋转机构均通过涡轮涡杆传动机构驱动。

基于激光雷达三维扫描和倾斜摄影的线路空间关系检测

针对线路空间关系难于快速全面获取、精确定量测定的问题,提出了一种基于地基激光三维(3D)扫描和无人机倾斜摄影分别获取线路点云、线路周边真3D情境的方法。将用改进Bursa算法匹配的点云和3D情境的空间坐标融合后导入地理信息系统平台,在仿真环境中自动快捷地检定线路的空间状态。将构建的数据融合配准流程应用于实例中,实验结果表明,激光3D扫描与倾斜摄影在数据采集时可互为补充。相比原始Bursa算法,改进Bursa算法的精度可提升10%~50%,点云与3D情境的配准融合精度优于±2 cm;且融合后的3D效果逼真、空间信息完整、人机交互性强,能快速完成线路的精细测量。

机载激光雷达扫描揭示海原断裂带微地貌的精细结构

第四纪地貌体的位错精确测量是活动断裂研究的基础,提高地形数据的分辨率是关键.激光雷达三维扫描(LiDAR)是一种快速获取高精度地形数据的先进有效方法.在我国一条标志性的大型活动断裂——海原断裂带上成功开展了机载激光雷达扫描,覆盖128km的区段,获取了高密度的激光点云数据和达0.5m分辨率的数字高程模型(DEM),实现了对海原断裂带的微地貌形态和断层几何的高清晰度三维再现.高密度大范围的三维激光扫描促进断裂活动性和古地震复发规律的精细化研究.

基于权值优化分块自适应灰度-距离Markov随机场的无扫描3D激光雷达距离图像重构

针对无扫描三维(3D)激光雷达距离图像分辨率低、随机噪声大的问题,以高分辨率单目相机作为辅助,提出基于权值优化分块自适应灰度-距离马尔科夫随机场(MRF)的稀疏距离图像重构方法。在构建灰度-距离MRF多层次相关图基础上,采用分块快速插值策略,克服纹理拷贝并提高重构速度;采用简单线性迭代聚类(SLIC)超像素分割边缘惩罚方法,有效保护图像结构细节;采用空域距离核函数和灰度相似核函数双重引导,并针对不同邻域系统自适应调整核函数标准差,保证算法稳健性;针对各邻域系统,采用共轭梯度法实现了全局能量函数快速优化。标准图像数据和真实图像实验表明所提出方法较双线性插值、双边滤波和标准MRF方法具有更优的综合性能,可有效实现无扫描3D激光雷达距离图像重构。

基于已知点约束的高精度煤矿巷道三维点云建模方法

面对煤矿井下低照度、弱纹理、高粉尘等复杂条件,现有煤矿巷道三维建模方法存在成本高、时效性差和精度低等问题,提出了一种基于已知点约束的高精度煤矿巷道三维点云建模方法。首先,通过体素滤波器对激光雷达点云数据进行降采样,并对降采样后的激光雷达点云数据利用迭代最近点(ICP)匹配提取出局部点云地图,结合惯性测量单元(IMU)数据对点云数据进行畸变校正;其次,利用ICP配准局部点云地图和畸变校正后的点云地图,以提高前端配准的精度和效率,并在后端加入回环检测来提高煤矿巷道定位与建图精度;然后,通过附合导线控制测量获取煤矿巷道分段已知点坐标,为点云建模提供全局约束条件;最后,将已知点和激光雷达同时定位与建图(SLAM)确定的测站点进行联合平差计算,对测站点坐标进行校正,并进一步利用非线性优化方法校正全局点云地图坐标,从而提高三维点云建模精度。实验结果表明:该方法构建的煤矿巷道三维点云地图具有较好的全局一致性和几何结构真实性,在煤矿井下具有较高的定位与建图精度。