地下空間移動(dòng)激光測(cè)量系統(tǒng)研發(fā)

李永強(qiáng)，郭增長(zhǎng)，劉會(huì)云，牛路標(biāo)，閆陽陽

(河南理工大學(xué) 測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000)

?

地下空間移動(dòng)激光測(cè)量系統(tǒng)研發(fā)

李永強(qiáng)，郭增長(zhǎng)，劉會(huì)云，牛路標(biāo)，閆陽陽

(河南理工大學(xué) 測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000)

[摘要]針對(duì)地下空間三維信息獲取困難的問題，研發(fā)了地下空間移動(dòng)激光測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為動(dòng)態(tài)測(cè)量部分和靜態(tài)糾正部分，動(dòng)態(tài)測(cè)量部分由線陣激光掃描儀、高精度IMU 和里程計(jì)等傳感器高度集成，安裝在輕便的移動(dòng)平臺(tái)上，在移動(dòng)過程中快速獲取地下空間三維點(diǎn)云信息; 靜態(tài)糾正部分由一系列三維空間合作標(biāo)靶組成，根據(jù)一定原則分布在地下空間中，其作用相當(dāng)于控制點(diǎn)組合,對(duì)移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行位置和姿態(tài)糾正。論文在闡述地下移動(dòng)激光測(cè)量系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)集成中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題，包括硬件系統(tǒng)集成、三維合作標(biāo)靶研發(fā)、位置姿態(tài)糾正等，最后以實(shí)例應(yīng)用說明了該系統(tǒng)的高效性和精確性。

[關(guān)鍵詞]地下空間；移動(dòng)激光測(cè)量；合作標(biāo)靶；位置姿態(tài)糾正

地下工程(地下礦山、地鐵、隧道、人防工程等)是人們生產(chǎn)活動(dòng)的重要場(chǎng)所，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮重要作用，甚至起到非常關(guān)鍵的作用。真實(shí)準(zhǔn)確的三維場(chǎng)景信息對(duì)于實(shí)現(xiàn)地下工程的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)營(yíng)和管理發(fā)揮著非常重要的作用[1-5]。

然而，地下作業(yè)環(huán)境中存在的諸多不利因素，如空間狹小、光線不足、無GPS信號(hào)、空氣潮濕、地面凸凹不平等，給數(shù)據(jù)的獲取工作造成極大困難，在地面上正常進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集活動(dòng)往往在地下變得十分困難，甚至無法進(jìn)行。常規(guī)的地下工程測(cè)量方法速度慢、成本高、數(shù)據(jù)量有限，無法實(shí)現(xiàn)整個(gè)地下場(chǎng)景信息的快速準(zhǔn)確獲取。基于固定基站的非接觸測(cè)量技術(shù)[6-9](三維激光掃描儀、近景攝影測(cè)量、可編程控制的測(cè)量機(jī)器人、空穴探測(cè)儀等)能準(zhǔn)確地獲取地下空間大量的點(diǎn)云信息，對(duì)地下空間的形態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的表達(dá)和描述，但受數(shù)據(jù)獲取方式的限制，完成一個(gè)基站的數(shù)據(jù)采集后才能轉(zhuǎn)移到下一個(gè)基站，地下工程往往因?yàn)楠M長(zhǎng)空間、頻繁轉(zhuǎn)換基站而使工作量變得十分繁重，嚴(yán)重影響作業(yè)效率，把大量的基站數(shù)據(jù)拼接后，誤差累積會(huì)使測(cè)量結(jié)果無法滿足需求。多傳感器集成的移動(dòng)激光測(cè)量技術(shù)成為地下空間三維信息獲取的有效手段。國(guó)外多家研究機(jī)構(gòu)，包括卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、波恩大學(xué)、柏林大學(xué)、牛津大學(xué)等都開展了相關(guān)的研究[10-12]，并在隧道、室內(nèi)、廢舊礦山中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，取得了很多有價(jià)值的研究成果。我國(guó)在該方面也開展了相關(guān)的研究工作[13-15]，取得了一些研究成果。地下空間沒有GPS信號(hào)，高精度IMU系統(tǒng)也只能提供短時(shí)間內(nèi)可靠的位置和姿態(tài)信息，隨著時(shí)間的推移，測(cè)繪數(shù)據(jù)的可靠性逐漸變?nèi)?，直至無法滿足應(yīng)用需求。為有效解決上述問題，河南理工大學(xué)與中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院合作，對(duì)地下空間三維信息快速獲取開展了一系列探索研究，并研發(fā)了地下移動(dòng)激光測(cè)量系統(tǒng)。

1集成原理

1.1應(yīng)用目標(biāo)

地下移動(dòng)激光測(cè)量系統(tǒng)的主要應(yīng)用對(duì)象是面向我國(guó)的地下礦山、地下人防工程、地鐵、隧道、地下車場(chǎng)等地下工程空間信息的快速、準(zhǔn)確獲取，因此對(duì)系統(tǒng)提出了如下要求：能較好適應(yīng)地下空間作業(yè)環(huán)境，采用非接觸方式快速獲取地下空間三維信息；能夠進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，所獲取的數(shù)據(jù)仍能滿足應(yīng)用需求。

1.2功能設(shè)計(jì)

根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)，結(jié)合地下空間特點(diǎn)，該系統(tǒng)需要具備獲取激光點(diǎn)云的功能，以點(diǎn)云為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)地下空間的信息提取、三維建模與可視化表達(dá)。為了使地下場(chǎng)景更加真實(shí)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的角度來看，需要獲取場(chǎng)景內(nèi)的影像信息作為激光點(diǎn)云的有效補(bǔ)充。同時(shí)，為滿足長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)條件下所采集點(diǎn)云和影像數(shù)據(jù)的有效性，要求能提供高精度的位置/姿態(tài)信息。

1.3集成原理

根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)和系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)分為動(dòng)態(tài)測(cè)量部分和靜態(tài)糾正部分。動(dòng)態(tài)測(cè)量部分由數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)高度集成，安裝在輕便的移動(dòng)平臺(tái)上，在移動(dòng)過程中快速獲取地下空間三維信息；靜態(tài)糾正部分由一系列三維空間合作標(biāo)靶組成，根據(jù)一定原則分布在地下空間中，其作用相當(dāng)于控制點(diǎn)組合，對(duì)移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行位置和姿態(tài)的糾正。

1.4系統(tǒng)集成

移動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)子系統(tǒng)：激光掃描系統(tǒng)、影像獲取系統(tǒng)、POS系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、合作標(biāo)靶系統(tǒng)、其他附屬系統(tǒng)等，地下移動(dòng)測(cè)量平臺(tái)系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)如圖1所示。激光掃描系統(tǒng)采用線陣激光掃描儀，在移動(dòng)過程中獲取地下空間詳盡的三維點(diǎn)云，是地下空間數(shù)據(jù)獲取的主要傳感器；影像獲取系統(tǒng)獲取同步彩色影像、紅外影像；IMU/里程計(jì)/里程計(jì)組合系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取位置/姿態(tài)信息；合作標(biāo)靶系統(tǒng)布設(shè)在地下空間內(nèi)，它們的位置和姿態(tài)由常規(guī)精密測(cè)量方法精確測(cè)定，其作用相當(dāng)于位置/姿態(tài)的控制點(diǎn)；動(dòng)力系統(tǒng)負(fù)責(zé)移動(dòng)平臺(tái)、各傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)的傳輸與存儲(chǔ)、照明等所有動(dòng)力供應(yīng)。考慮到系統(tǒng)集成的發(fā)展性及當(dāng)前應(yīng)用的實(shí)際需求，系統(tǒng)預(yù)留了影像獲取系統(tǒng)接口，沒有實(shí)際安裝相機(jī)?？紤]到內(nèi)外一體化的作業(yè)模式，POS系統(tǒng)保留了GNSS的室外定位功能，由GNSS，IMU和里程計(jì)緊密耦合。

圖1　地下移動(dòng)LiDAR系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

2關(guān)鍵問題

2.1 硬件系統(tǒng)集成

地下作業(yè)環(huán)境與地上存在明顯差異，因此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須能適應(yīng)地下作業(yè)環(huán)境，其中關(guān)鍵傳感器的選擇十分重要，該系統(tǒng)主要有兩個(gè)重要的傳感器系統(tǒng)：激光掃描儀和慣導(dǎo)系統(tǒng)。

(1)激光掃描儀與地面目標(biāo)不同，地下空間除需要獲取地面信息外，還需要獲取側(cè)壁和頂部信息，在空間360°范圍內(nèi)都需要有真實(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。另外，從整個(gè)系統(tǒng)的工作原理來看，移動(dòng)系統(tǒng)需要在移動(dòng)過程中，在合作標(biāo)靶上獲取足夠密集和精確的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，才能有效地識(shí)別出標(biāo)靶圖形，并進(jìn)一步獲取位置姿態(tài)糾正所必要的參數(shù)。因此要求所選用的三維激光掃描儀有足夠高的掃描頻率和掃描密度，同時(shí)有360°掃描角度。本研究選擇北京北科天繪UA-0100型線陣激光掃描儀，該儀器主要參數(shù)：掃描距離100m；測(cè)距精度2mm；最大電頻為50萬點(diǎn)/s；儀器重量8kg。

(2)慣導(dǎo)系統(tǒng)要保證激光掃描儀在移動(dòng)過程中測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確換算，最重要的是選擇精確的位置姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)。本研究選擇北京自動(dòng)化控制設(shè)備研究所 POS2010型位置姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要性能指標(biāo)：實(shí)時(shí)姿態(tài)方位精度優(yōu)于0.1°，水平姿態(tài)精度優(yōu)于0.05°；后處理精度航向優(yōu)于0.008°，姿態(tài)優(yōu)于0.005°，位置優(yōu)于0.3m。POS2010系統(tǒng)提供200Hz的姿態(tài)信息，保證了傳感器空間姿態(tài)的實(shí)時(shí)獲取。

系統(tǒng)集成的時(shí)候，充分考慮了系統(tǒng)的小型集約化設(shè)計(jì)，盡量減輕重量、減小體積；另外也要求有相對(duì)穩(wěn)定的工作狀態(tài)，能經(jīng)得起顛簸、晃動(dòng)，各傳感器間保持相對(duì)穩(wěn)定的工作狀態(tài)，并有一定的防潮防塵能力。

2.2合作標(biāo)靶研發(fā)

地下空間無GPS信號(hào)，移動(dòng)系統(tǒng)中各傳感器的位置和姿態(tài)由自主導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)時(shí)提供。隨著時(shí)間的增加，導(dǎo)航系統(tǒng)的漂移量逐漸增加，由此引起的測(cè)量誤差也逐漸增加，所獲得測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性逐漸降低。為了將地下測(cè)量誤差控制在允許范圍內(nèi)，引入了合作標(biāo)靶的概念，其作用相當(dāng)于控制點(diǎn)組，通過由多個(gè)合作標(biāo)靶構(gòu)建的“控制網(wǎng)”，達(dá)到對(duì)移動(dòng)系統(tǒng)位置和姿態(tài)的有效精度控制，最終保證測(cè)量數(shù)據(jù)質(zhì)量的整體可靠性。

2.2.1合作標(biāo)靶材料

與其他數(shù)據(jù)一樣，合作標(biāo)靶信息也是在動(dòng)態(tài)過程中獲取的，將合作標(biāo)靶信息快速準(zhǔn)確地從原始點(diǎn)云中分離出來，需要使表征標(biāo)靶的點(diǎn)云與周圍地物明顯區(qū)別出來，除了標(biāo)靶的空間形態(tài)外，最重要的一個(gè)途徑是通過點(diǎn)云圖像中反射強(qiáng)度的差異來區(qū)分。激光掃描儀通過發(fā)射固定波長(zhǎng)的激光束來測(cè)量?jī)x器中心距離目標(biāo)地物的距離，不同的地物由于材質(zhì)的不同，對(duì)激光束的反射強(qiáng)度也不同，激光掃描儀在接受地物反射的激光束時(shí)，將強(qiáng)度信息也一并記錄下來。因此，合作標(biāo)靶材料選擇需要根據(jù)激光掃描儀特定的波長(zhǎng)，選擇反射信號(hào)強(qiáng)的材料，以使標(biāo)靶能明顯與周圍環(huán)境區(qū)分開來。依據(jù)標(biāo)靶材料選取原則，研究團(tuán)隊(duì)分別對(duì)工程級(jí)反射膜、鋁合金板、激光反射片、木板、油漆板、石膏板、背膠相紙等10余種認(rèn)為可作為標(biāo)靶的材料進(jìn)行了試驗(yàn)，從當(dāng)前業(yè)內(nèi)進(jìn)行激光掃描試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)看，背膠相紙是一種常用的標(biāo)靶材料，不但有良好的激光反射效果，而且可以通過打印機(jī)打印任何設(shè)計(jì)的圖形，價(jià)格便宜，使用方便，并且在本研究中，采用背膠相紙組合成為三維標(biāo)靶，開展更深層次的研究工作。為了適應(yīng)地下空間潮濕的環(huán)境，也選用具有較好防水功能的車用發(fā)光貼為標(biāo)靶材料，根據(jù)需要組合成標(biāo)靶圖形。

2.2.2標(biāo)靶圖形設(shè)計(jì)

合作標(biāo)靶雖然在作用上類似于控制點(diǎn)的作用，但在布設(shè)的時(shí)候則是在某一個(gè)區(qū)域集中布設(shè)，標(biāo)靶并不是單獨(dú)放置的，而是一組標(biāo)靶按照一定的原則集中布設(shè)在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，一方面是利于多個(gè)標(biāo)靶的共同作用達(dá)到精確控制的目的，另一方面也是為了更方便使用傳統(tǒng)方法對(duì)標(biāo)靶的空間位置和姿態(tài)進(jìn)行精確測(cè)量。在地下空間信息獲取時(shí)，主要選用3種形式的標(biāo)靶圖形(圖2)，圖2(a)～(c)分別為方形平面標(biāo)靶、十字形平面標(biāo)靶和三維立體標(biāo)靶，方形標(biāo)靶和立體標(biāo)靶使用背膠紙材料，十字標(biāo)靶使用車用發(fā)光貼材料。3種標(biāo)靶常配合使用。平面標(biāo)靶主要用于基于空間位置的糾正，立體標(biāo)靶則可以同時(shí)進(jìn)行位置和姿態(tài)的糾正，通常情況下，平面標(biāo)靶和立體標(biāo)靶配合使用。

圖2　標(biāo)靶圖形設(shè)計(jì)

2.3位置姿態(tài)糾正

合作標(biāo)靶的作用相當(dāng)于控制點(diǎn)組，對(duì)平面合作標(biāo)靶來講，其每個(gè)圖形角點(diǎn)相當(dāng)于一個(gè)控制點(diǎn)，對(duì)三維合作標(biāo)靶來講，每個(gè)圖形的中心相當(dāng)于一個(gè)控制點(diǎn)。在使用移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)前，先使用高精度全站儀精確測(cè)量每個(gè)標(biāo)靶的(全部或部分)特征點(diǎn)，這些特征點(diǎn)的空間關(guān)系已經(jīng)精確標(biāo)定，對(duì)測(cè)量值進(jìn)行平差，可精確計(jì)算標(biāo)靶的空間位置和姿態(tài)。移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)時(shí)，標(biāo)靶擺放位置相距移動(dòng)系統(tǒng)很近，在合作標(biāo)靶表面獲取密集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過人工交互或自動(dòng)提取方式，精確提取各特征點(diǎn)的點(diǎn)云坐標(biāo)，每個(gè)點(diǎn)云坐標(biāo)中都帶有位置信息和姿態(tài)信息。

由于地下空間沒有GPS信號(hào)，激光點(diǎn)云的位置和姿態(tài)根據(jù)IMU和里程計(jì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行推算，激光點(diǎn)云的位置和姿態(tài)的推算具有累積性，誤差的累積與時(shí)間基本呈正比關(guān)系。系統(tǒng)獲取每個(gè)標(biāo)靶所用的時(shí)間(從獲取標(biāo)靶第一個(gè)點(diǎn)到最后一個(gè)點(diǎn))很短，在這段時(shí)間內(nèi)，可以認(rèn)為相對(duì)的誤差累積很小，同一個(gè)標(biāo)靶上的點(diǎn)具有相同的位置誤差和姿態(tài)誤差。根據(jù)多余觀測(cè)，列出誤差方程，平差可求出每個(gè)標(biāo)靶上激光點(diǎn)的位置和姿態(tài)誤差。對(duì)兩標(biāo)靶間的點(diǎn)位和姿態(tài)糾正，采用按時(shí)間差分配的原則。

3試驗(yàn)分析

試驗(yàn)區(qū)選擇北京地鐵15號(hào)線某路段，該路段跨越3個(gè)站臺(tái)，長(zhǎng)度約為3km。由于該路段地鐵尚未竣工，混亂的施工現(xiàn)場(chǎng)及地鐵內(nèi)的積水，給數(shù)據(jù)采集帶來了一定困難。通過對(duì)試驗(yàn)區(qū)的考察分析，對(duì)采集系統(tǒng)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母难b，將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)安裝在能在軌道上滑行的平板車上。通過人力方式，以步行的速度獲取地鐵隧道內(nèi)詳盡的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，30min即完成了3km地鐵隧道數(shù)據(jù)采集工作。

傳感器所獲取的有效點(diǎn)云數(shù)據(jù)間隔約為20mm，保證了對(duì)整個(gè)地下空間場(chǎng)景的精細(xì)描述，各部分的細(xì)節(jié)特征都能夠精細(xì)描述。在本試驗(yàn)中，每25m布設(shè)一個(gè)十字形控制標(biāo)靶，保證有足夠的控制標(biāo)靶密度，作為對(duì)傳感器位置和姿態(tài)的糾正。

4結(jié)束語

(1)在闡述地下移動(dòng)激光測(cè)量系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)集成中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題，包括硬件系統(tǒng)集成、三維合作標(biāo)靶研發(fā)、位置姿態(tài)糾正等，最后以實(shí)例應(yīng)用說明了該系統(tǒng)的高效性和精確性。系統(tǒng)的高度集成和相對(duì)輕便的模塊化設(shè)計(jì)是該系統(tǒng)適應(yīng)地下環(huán)境的先決條件，從實(shí)際應(yīng)用看，系統(tǒng)對(duì)地下空間有較好的適應(yīng)性，但仍存在一定的減重空間，今后將進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

(2)合作標(biāo)靶是該系統(tǒng)的重要特色，在合作標(biāo)靶的支持下，獲取數(shù)據(jù)的整體精度得到保證，從實(shí)際應(yīng)用來看，布設(shè)的合作標(biāo)靶數(shù)量較多，前期工作量相對(duì)較大，后續(xù)研究中，需進(jìn)一步加強(qiáng)合作標(biāo)靶的研究，在標(biāo)靶材料、形狀、尺寸等方面進(jìn)一步規(guī)范化，并深入研究標(biāo)靶布設(shè)方案，盡可能減少標(biāo)靶布設(shè)數(shù)量，提高作業(yè)效率。

(3)在三維合作標(biāo)靶的支持下，進(jìn)行位置姿態(tài)的聯(lián)合解算，對(duì)于提高數(shù)據(jù)解算質(zhì)量具有重要作用，但嚴(yán)密的解算模型需要大量的研究工作，這是今后研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

(4)地下移動(dòng)激光測(cè)量系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)地下空間三維數(shù)據(jù)的精確獲取，但最終的目的還是要更加充分地使用這些數(shù)據(jù)，因此如何根據(jù)移動(dòng)系統(tǒng)獲取地下空間數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，研究數(shù)據(jù)處理的理論和方法，盡可能獲取更多更有價(jià)值的信息，更加充實(shí)地使用這些數(shù)據(jù)，則是地下移動(dòng)激光測(cè)量系統(tǒng)今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)的重要工作。

[參考文獻(xiàn)]

[1]吳立新，汪云甲，丁恩杰，等.三論數(shù)字礦山——借力物聯(lián)網(wǎng)保障礦山安全與智能采礦[J].煤炭學(xué)報(bào)，2012，37(3):357-365.

[2]李君麗，焦學(xué)軍，王艷艷.基于VR的三維礦山信息管理系統(tǒng)研究[J].礦山測(cè)量，2015(3):72-74.

[3]劉曉培，常德強(qiáng)，宮銳，等.金屬礦山通風(fēng)系統(tǒng)三維仿真優(yōu)化[J].中國(guó)礦業(yè)工程，2015，44(3):25-28.

[4]琚娟.基于特征的復(fù)雜地鐵車站三維數(shù)字建模方法與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2010，46(2): 195-196,220.

[5]李大軍，王明洋.城市地下空間管理實(shí)景化[J].地理空間信息，2009，7(3):121-123.

[6]過江，古德生，羅周全.金屬礦山采空區(qū)3D激光探測(cè)新技術(shù)[J].礦冶工程，2006，25(5):16-19.

[7]文仁強(qiáng)，羅年學(xué)，陳雪豐，等.測(cè)量機(jī)器人在船舶液艙容積測(cè)量中的應(yīng)用[J].地理空間信息，2005，3(3)：46-48.

[8]過江，羅周全，鄧建，等.三維動(dòng)態(tài)空區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CMS在礦山的應(yīng)用[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2005，1(7)：994-996.

[9]劉希靈，李夕兵，劉科偉，等.地下空區(qū)激光三維探測(cè)應(yīng)用研究[J].金屬礦山，2008(11):63-65，86.

[10]Huber D,Vandapel N.Automatic 3D underground mine mapping[J].International Journal of Robotics Research,2005,25(1):7-17.

[11]Andreas Nuchter,Joachim Hertzberg.Towards Semantic maps for mobile robots[J].Robotics and Autonomous Systems，2008(56):915-926.

[12]S.Thrun，S.Thayer，W.Whittaker，et al.Autonomous exploration and mapping of abandoned mines[J].IEEE Robotics and Automation Magazine，2004，11(4):79-91.

[13]王植，吳立新，孔祥勤.盲環(huán)境移動(dòng)定位(Ⅰ):序列編碼圖形路標(biāo)識(shí)別算法[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，32(5): 743-747.

[14]吳立新，王植，孔祥勤.盲環(huán)境移動(dòng)定位(Ⅱ):基于單目視覺系統(tǒng)的定位技術(shù)[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011,32(5): 748-752.

[15]WANG Zhi,WU Li-xin，LI Hui-ying.Key technology of mine underground positioning based on LiDAR and coded sequence pattern[J].Transaction of Nonferrous Metals Society of China，2011(S3):570-576.

[責(zé)任編輯：李青]

Development of Underground Space Transportable Laser Surveying System

LI Yong-qiang，GUO Zeng-zhang，LIU Hui-yun，NIU Lu-biao，YAN Yang-yang

(Surveying & Land Information Engineering School，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，China)

Abstract：In order to solve the problem that 3-D information of underground space was collected difficulty，underground space transportable laser surveying system was developed.The system included dynamic surveying part and static correction part，dynamic surveying part was integrated highly with many sensors，which included linear laser scanner，high precision IMU and odometer，it was installed on portable movement platform，and 3-D point cloud information of underground space were collected quickly during movement process，static correction part was composed by series 3-D space collaboration targets，which distributed in underground space according some specificity principle，its action was controlling points combination ，and position and attitude of data that collected by movement measurement system were corrected.Some key technological problems of system integrated were illustrated specially，which include hardware system integrate，3-D collaboration targets development，position attitude correction and so on，high efficiency and precision of system was illustrated by its application.

Key words：underground space；transportable laser surveying；collaboration targets；position and attitude correction

[收稿日期]2015-08-19

[基金項(xiàng)目]國(guó)家“十二五”科技支撐項(xiàng)目：測(cè)繪裝備國(guó)產(chǎn)化及應(yīng)用示范(2012BAH34B00)；測(cè)繪地理信息公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目：新一代多平臺(tái)多波段移動(dòng)信息采集系統(tǒng)研制(201412020)

[作者簡(jiǎn)介]李永強(qiáng)(1976-)，男，河南許昌人，副教授，主要從事移動(dòng)激光測(cè)量、礦山測(cè)量方面的研究。

[中圖分類號(hào)]TD17

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1006-6225(2016)02-0083-04

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.02.022

[引用格式]李永強(qiáng)，郭增長(zhǎng)，劉會(huì)云，等.地下空間移動(dòng)激光測(cè)量系統(tǒng)研發(fā)[J].煤礦開采，2016，21(2)：83-86.

變形監(jiān)測(cè)技術(shù)