本實(shí)用新型涉及城市軌道交通移動三維掃描檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種用于移動三維掃描系統(tǒng)在GPS信號失鎖的情況下，輔助移動三維掃描系統(tǒng)進(jìn)行航跡線糾正的CPⅢ式快速移動三維掃描測量靶標(biāo)。

背景技術(shù)：

移動三維激光掃描技術(shù)是指在移動載體上集成全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GPS)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(IMU)、激光掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等多種傳感器的綜合測量檢測技術(shù)。各類型傳感器在移動狀態(tài)下自動采集各種位置、姿態(tài)、影像和激光掃描數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)一的地理參考和點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)無接觸式的空間地理信息采集、處理與入庫。在作業(yè)過程中，將集成的三維激光掃描系統(tǒng)搭載在軌道車上(或安裝在汽車上，并將汽車開上平板車)，通過載體的移動，快速采集鐵路兩側(cè)幾十至幾百米范圍內(nèi)海量點(diǎn)云和影像數(shù)據(jù)。通過地面GNSS基站、地面控制點(diǎn)、移動GNSS、IMU和激光掃描儀數(shù)據(jù)的聯(lián)合平差，計(jì)算得到高精度三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)。通過對三維點(diǎn)云的分析，可以提取鐵路軌道及線路中線信息，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對地鐵的檢測，包括線間距和橫縱斷面測量、限界監(jiān)測、工務(wù)和電務(wù)設(shè)施的定位、極坐標(biāo)測量、構(gòu)筑物凈高凈空測量、鐵路兩側(cè)一定范圍內(nèi)的地形測量等，具有非常廣泛的用途?？傮w來說，該技術(shù)的作業(yè)效率、相對精度、系統(tǒng)自動化程度相對于傳統(tǒng)方法來說非常高。

在進(jìn)行地鐵檢測時(shí)，移動三維激光掃描系統(tǒng)依靠GPS與IMU聯(lián)合進(jìn)行精確定位。但是在隧道內(nèi)部，GPS無法接收信號，只能依靠IMU進(jìn)行定位。隨著GPS失鎖時(shí)間不斷增加，IMU的陀螺儀不斷產(chǎn)生漂移，導(dǎo)致移動三維激光掃描系統(tǒng)精度不斷下降，使三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精度降低。為了滿足地鐵檢測的精度要求，必須在隧道內(nèi)部布設(shè)掃描靶標(biāo)，通過掃描靶標(biāo)的坐標(biāo)在后期數(shù)據(jù)處理階段修正移動三維激光掃描系統(tǒng)的航跡線數(shù)據(jù)，來對三維點(diǎn)云的坐標(biāo)進(jìn)行修正，最終獲取精度滿足檢測要求的三維點(diǎn)云。

布設(shè)掃描靶標(biāo)有兩個(gè)重要問題：布設(shè)方式和靶標(biāo)坐標(biāo)測量。掃描靶標(biāo)傳統(tǒng)的布設(shè)方法是以刷油漆或貼A4紙的方式直接布設(shè)在測區(qū)周圍，優(yōu)點(diǎn)是布設(shè)方式簡單，成本低；缺點(diǎn)是靶標(biāo)無法長久保存，易被破壞，不能重復(fù)利用，辨識度及精度不高。傳統(tǒng)的掃描靶標(biāo)坐標(biāo)測量方式是先通過導(dǎo)線測量的方式在測區(qū)進(jìn)行靶標(biāo)坐標(biāo)測量，測量出各個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)，然后通過導(dǎo)線點(diǎn)測量靶標(biāo)的坐標(biāo)，該靶標(biāo)坐標(biāo)測量方式技術(shù)難度大，測量精度難以控制，工作量非常大，需要的人員和儀器非常多。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種易于布設(shè)、可重復(fù)利用、辨識度及精度高且無需進(jìn)行靶標(biāo)坐標(biāo)測量的供移動三維掃描系統(tǒng)在進(jìn)行城市軌道交通及高速鐵路三維掃描過程中進(jìn)行定位的掃描靶標(biāo)。

CPⅢ網(wǎng)為軌道控制網(wǎng)，主要為地鐵和高速鐵路的軌道鋪設(shè)和運(yùn)營維護(hù)提供控制基準(zhǔn)。CPⅢ網(wǎng)由線路兩邊的CPⅢ點(diǎn)構(gòu)成，一般順線路方向每60米左右布設(shè)一對，并基于線路平面控制網(wǎng)(CPⅡ網(wǎng))通過導(dǎo)線測量的方式進(jìn)行其坐標(biāo)測量。CPⅢ網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是精度高、密度大，且為強(qiáng)制歸心，對中誤差小，非常適合作為軌道精密測量的基準(zhǔn)網(wǎng)。

本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種CPⅢ式快速移動三維掃描測量靶標(biāo)，包括轉(zhuǎn)換接頭、靶標(biāo)連接孔、靶標(biāo)支架、靶標(biāo)面松緊調(diào)節(jié)器、切換卡槽、靶標(biāo)軸和靶標(biāo)面。所述靶標(biāo)支架呈Y形，上部形成圓弧形凹陷，用于容納圓形的所述靶標(biāo)面，下部形成所述靶標(biāo)連接孔，所述轉(zhuǎn)換接頭的一端與地鐵線路兩側(cè)的CPⅢ預(yù)埋套管相連接，另一端與靶標(biāo)連接孔螺紋連接；所述靶標(biāo)面安裝在所述靶標(biāo)軸上，靶標(biāo)軸的兩端安裝在所述靶標(biāo)支架上，靶標(biāo)面的正面為黑白靶標(biāo)，反面貼有3M反射貼紙，能夠被不同型號的掃描儀所識別；所述切換卡槽在Y形的靶標(biāo)支架的上部兩端各形成一個(gè)，切換卡槽的長度大于靶標(biāo)軸的直徑，靶標(biāo)軸的兩端從兩個(gè)切換卡槽穿過并通過所述靶標(biāo)面松緊調(diào)節(jié)器固定。

所述靶標(biāo)面松緊調(diào)節(jié)器與靶標(biāo)軸螺紋連接，松開靶標(biāo)面松緊調(diào)節(jié)器后，能夠?qū)袠?biāo)面翻轉(zhuǎn)，即：以靶標(biāo)軸為軸心旋轉(zhuǎn)360°。

所述靶標(biāo)支架3為鋁合金支架。所述轉(zhuǎn)換接頭1通過精密加工，口徑誤差小魚0.1mm，保證了CPⅢ式快速移動三維掃描測量靶標(biāo)在CPⅢ點(diǎn)安裝上的豎直度。

本實(shí)用新型的CPⅢ式快速移動三維掃描測量靶標(biāo)布設(shè)方式簡單、可操作性強(qiáng)，模塊化設(shè)計(jì)使靶標(biāo)布設(shè)后精度高。最關(guān)鍵的是，其布設(shè)后無需進(jìn)行靶標(biāo)坐標(biāo)測量，能節(jié)約大量的工作量，優(yōu)勢非常明顯。

附圖說明

圖1為CPⅢ式快速移動三維掃描測量靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a、2b為圖1中測量靶標(biāo)的正反面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為CPⅢ式快速移動三維掃描測量靶標(biāo)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。

參見圖1-圖3，本實(shí)用新型的CPⅢ式快速移動三維掃描測量靶標(biāo)包括：轉(zhuǎn)換接頭1、靶標(biāo)連接孔2、靶標(biāo)支架3、靶標(biāo)面松緊調(diào)節(jié)器4、靶標(biāo)正反面切換器5、靶標(biāo)軸6和靶標(biāo)面7。

CPⅢ轉(zhuǎn)換接頭1一端與地鐵線路兩側(cè)的CPⅢ預(yù)埋套管相連接，另一端與靶標(biāo)連接孔2螺紋連接。CPⅢ轉(zhuǎn)換接頭1通過精密加工，口徑誤差小于0.1mm，能夠非常貼合地插入CPⅢ預(yù)埋套管中，保證了CPⅢ式快速移動三維掃描測量靶標(biāo)在CPⅢ點(diǎn)安裝的豎直度。

靶標(biāo)面7正面為黑白靶標(biāo)8，反面為3M反射貼紙9，能夠被不同型號的掃描儀所識別；需要時(shí)，靶標(biāo)面7可以以靶標(biāo)軸6為軸心做360°旋轉(zhuǎn)。通過轉(zhuǎn)換接頭1將靶標(biāo)面7和CPⅢ預(yù)埋套管連接后，靶標(biāo)面7的中心10即為CPⅢ點(diǎn)，則靶標(biāo)面7中心的坐標(biāo)即為CPⅢ點(diǎn)的坐標(biāo)，因此可以直接用于移動掃描設(shè)備的定位。

靶標(biāo)支架3用于固定靶標(biāo)軸6，靶標(biāo)支架3可以由鋁合金制成，以便在保持靶標(biāo)堅(jiān)固性的前提下最大程度地減輕靶標(biāo)的重量。

靶標(biāo)面松緊調(diào)節(jié)器4安裝在靶標(biāo)支架3上，它由松緊螺絲或其它合適的部件與靶標(biāo)軸6相連，將其擰緊就可以防止靶標(biāo)軸6轉(zhuǎn)動，擰松就可以使靶標(biāo)軸6繼續(xù)轉(zhuǎn)動。因此，該調(diào)節(jié)器可以使靶標(biāo)面7旋轉(zhuǎn)至任意姿態(tài)并進(jìn)行固定，并且能防止靶標(biāo)面7因?yàn)闅饬鞯仍蛟跍y量的過程中發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

由于靶標(biāo)面7有正反兩面，因此，可分別對應(yīng)不同的掃描設(shè)備。但是由于靶標(biāo)面7有一定的厚度，在正面轉(zhuǎn)換為反面后，反面中心的點(diǎn)將不再和CPⅢ點(diǎn)中心重合。但是通過切換卡槽5可以輕松地在卡槽中調(diào)節(jié)靶標(biāo)面7與靶標(biāo)軸6的相對位置，從而使反面中心的點(diǎn)調(diào)整至于CPⅢ點(diǎn)中心，完成強(qiáng)制歸心。

該靶標(biāo)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。在移動三維掃描測量過程中，通過強(qiáng)制歸心的方式直接將CPⅢ式快速移動三維掃描測量靶標(biāo)布設(shè)到CPⅢ控制網(wǎng)中，優(yōu)勢明顯；在靶標(biāo)布設(shè)效率方面，該靶標(biāo)的布設(shè)無需外業(yè)測量，免除了聯(lián)系測量、導(dǎo)線測量等一系列測量過程。比如布設(shè)1km隧道的靶標(biāo)，布設(shè)CPⅢ式快速移動三維掃描測量靶標(biāo)只需要1個(gè)人工作1個(gè)小時(shí)即可完成，但是傳統(tǒng)方法布設(shè)需要3個(gè)人1個(gè)小時(shí)，測量需要3個(gè)人2天，相當(dāng)于布設(shè)CPⅢ式快速移動三維掃描測量靶標(biāo)的效率約為傳統(tǒng)方法的150倍；而且靶標(biāo)的對中精度和相對精度都非常高，其對中誤差幾乎為0，相對精度優(yōu)于1mm；而傳統(tǒng)方法測量靶標(biāo)不僅在測量時(shí)對中誤差大于1mm，且在隧道中進(jìn)行導(dǎo)線測量時(shí)，導(dǎo)線點(diǎn)本身的相對誤差就可能達(dá)到20-50mm，因此相比于傳統(tǒng)靶標(biāo)的布設(shè)精度至少能夠提高20-50倍。同時(shí)CPⅢ式快速移動三維掃描測量靶標(biāo)在移動三維掃描測量完成后可以回收并可在其他線路上重復(fù)使用，極大降低了布設(shè)成本，而且后期幾乎沒有任何維護(hù)費(fèi)用。