一种地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置和应用方法与流程

本发明属于水环境工程治理、三维激光扫描与工程测量技术领域，涉及一种地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置和应用方法，特别适用于狭长窄小空间，如地下暗涵。

背景技术：

在城市化进程不断深入的大背景下，城市渠道、河道空间被挤压侵占改造为暗涵。地下暗涵是城市河湖水环境整治核心之一，也是工程难点所在，更是水环境治理攻坚战中的一块“硬骨头”。地下暗涵属有限空间，为封闭或半封闭空间，空间狭小，与外界相对隔离，出入口较为狭窄，内部有水流、淤泥、陷阱、毒气、腐蚀性等，工况复杂，自然通风不良，易造成有毒有害、易燃易爆物质积聚或者氧含量不足，存在隐蔽难以预料的危险。

地下暗涵的特点：空间狭长窄小、内壁光滑、结构相似度极高、无特征结构、通风与照明不畅、作业环境恶劣、存有大量的有毒或易燃易爆气体、或腐蚀流体、泥流混合等，这些使得测量工作难度极高。

三维激光扫描仪作为地下暗涵调查的技术手段之一，其能够快速、非接触、高精度和高密度获取暗涵内部三维空间信息。其虽可自由设站、无需每站控制，但因链式设站形成伸展，多视站点间无参考特征，给点云数据拼接带来困难甚至无法拼接，计算结果准确性差或错误，造成了数据拼接处理效率低下或无效作业。采用靶球辅助配合方式来增加参考信息，可极大地提高点云数据拼接效率，但这种作业方式需要在每一扫描站前进方向前后各摆放不少于3个（1组）靶球，这就需要增加6名入涵配合作业人员及6个靶球安置三角架，并且狭长窄小空间过多的作业人员及设备集中又形成遮挡而出现点云数据盲区，加之涵内泥流混合人行极不便利，过多的作业人员相互干扰，迁站耗时费力，也大大增加了扫描差错和人身安全风险的概率。

技术实现要素：

本发明实施方式的目的在于提供一种地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置和应用方法，以克服上述技术缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置，包括三叉齿台，所述三叉齿台是由三根齿臂组成的y形结构，每一根齿臂的上臂面连接一根连接杆，所述连接杆的杆顶可连接靶球；

所述三叉齿台的底面中心设有用于与三脚架连接的连接装置。

另外，本发明还提供了一种地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置的应用方法：首先打开三脚架，立稳三脚架，将三脚架的紧固螺丝与三叉齿台底面中心的底托锁紧螺母旋接相连；然后调整单个脚架撑腿，整平地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置使圆气泡置于中心；最后，取三个靶球，依次将靶球底部的磁铁部位对准并牢固吸附于连接杆的平锥接头，之后开展三维激光扫描工作。

在每站的扫描站前后分别设置一个地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置，迁站时，只需将地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置从三脚架上拆卸下来，即可整体移动地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置至下一需要待扫描位置。

进一步地，所述三根齿臂结构相同、长度相等并位于同一水平面，相邻两根齿臂之间的夹角为120°。

进一步地，所述三根齿臂交汇处为所述三叉齿台的中心，中心处嵌有圆气泡。

进一步地，所述齿臂延伸出去的端部为自由端，所述自由端的头部为圆弧状，自圆弧处至三根齿臂的交汇处，齿臂为宽度逐渐顺滑增加的板状结构，每一个自由端的上臂面的圆弧圆心处设有与连接杆相接的锁紧螺母，所述连接杆通过锁紧螺母垂直安装于齿臂。

进一步地，所述连接杆有三根，三根连接杆相互平行且高度互不相等，每一根连接杆的结构相同，分别自上至下依次由平锥接头、直杆和螺柱组成，所述平锥接头的小直径顶面为金属片，大直径底面与直杆的顶面相接，直杆的底面中心插接螺柱，螺柱与齿臂自由端的锁紧螺母旋接。

优选地，所述金属片为铁质圆片，铁质圆片的直径与平锥接头顶面直径相等。

进一步地，所述连接装置包括底托，所述底托为固定安装于三根齿臂交汇处的圆柱体，圆柱体内嵌有可与三脚架连接的底托锁紧螺母。

优选地，所述三根齿臂一体成型形成三叉齿台。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明提供的地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置通过锁紧螺母连接各部件，即为可拆卸结构，该装置结构紧凑，设计合理，轻松高效，精准可靠，方便携带，即可整体携带也可分体携带。

（2）本发明提供的这种用于地下暗涵三维激光扫描仪靶球一体化架设装置，既实现了3个靶球的一体化又减少了入涵配合作业人员数量及安置架数量，可实现单人操作及单个三角架配套3个靶球组装，避免了过多的作业人员及设备集中又形成遮挡而出现点云数据盲区，同时提高了外业点云数据采集和内业数据拼接效率，降低人身安全风险。

（3）本发明的连接杆高度不同，因此吸附在连接杆顶部的靶球错落安置，防止了靶球之间相互遮挡而带来的靶球扫描数据获取不全的问题。

（4）三叉齿台的齿臂端部分别设置有锁紧螺母，连接杆中设有螺柱，在使用时将螺柱与锁紧螺母连接，不用时可拆卸，方便安装与拆卸，易携带。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置的结构示意图。

图2是地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置的俯视图。

图3是地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置的仰视图。

图4是地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置的的侧视图。

图5是连接杆的结构示意图。

图6是地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置的靶球安装示意图。

附图标记说明：

1.三叉齿台；2.连接杆；3.靶球；

101.齿臂；102.锁紧螺母；103.圆气泡；104.底托；105.底托锁紧螺母；1011.上臂面；1012.圆弧；

201.平锥接头；202.直杆；203.螺柱。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置的上、下、左、右。

现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

第一实施例：

本发明的第一实施方式涉及一种地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置，如图1和图6所示，包括三叉齿台1，所述三叉齿台1是由三根齿臂101组成的y形结构，每一根齿臂101的上臂面1011连接一根连接杆2，所述连接杆2的杆顶可连接靶球3；

所述三叉齿台1的底面中心设有用于与三脚架连接的连接装置。

需要特别说明的是，齿臂101的上臂面1011是指如图1所示，参照图1，齿臂101为一板状结构，优选地，齿臂101与风力发电机的风叶或电扇的扇叶类似，齿臂101平置，向上的一面为齿臂101的上臂面1011，在该上臂面1011的端部安装了一个连接杆2，连接杆2与齿臂101相互垂直。

具体地说，本实施例提供的地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置的工作过程或应用过程如下：

在狭长窄小空间（如地下暗涵）采用三维激光扫描仪获取暗涵内部三维点云数据时，先打开三脚架，立稳三脚架，将三脚架的紧固螺丝与三叉齿台1底面中心的底托连接装置相连；然后调整单个脚架撑腿，整平地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置；最后，取三个靶球3，依次将靶球3底部的磁铁部位对准并牢固吸附于连接杆2的顶部，之后开展三维激光扫描工作。在每站的扫描站前后分别设置一个地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置，迁站时，只需将地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置从三脚架上拆卸下来，即可整体移动地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置至下一需要待扫描位置。

第二实施例：

一种地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置，如图1和图6所示，包括三叉齿台1，所述三叉齿台1是由三根齿臂101组成的y形结构，每一根齿臂101的上臂面1011连接一根连接杆2，所述连接杆2的杆顶可连接靶球3；所述三叉齿台1的底面中心设有用于与三脚架连接的连接装置。

参照图2，所述三根齿臂101结构相同、长度相等并位于同一水平面，相邻两根齿臂101的中心轴线之间的夹角为120°，三根齿臂101中心轴线交汇处为所述三叉齿台1的中心，中心处嵌有圆气泡103。圆气泡103的作用与水准仪的气泡作用相同，即进行调平测量，在地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置中的应用具体如下：

在狭长窄小空间（如地下暗涵）采用三维激光扫描仪获取暗涵内部三维点云数据时，先打开三脚架，立稳三脚架，将三脚架的紧固螺丝与三叉齿台1底面中心的底托连接装置相连；然后调整单个脚架撑腿，整平地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置，使圆气泡103处于中心；最后，取三个靶球3，依次将靶球3底部的磁铁部位对准并牢固吸附于连接杆2的顶部，之后开展三维激光扫描工作。在每站的扫描站前后分别设置一个地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置，迁站时，只需将地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置从三脚架上拆卸下来，即可整体移动地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置至下一需要待扫描位置。

第三实施例：

在第二实施例的基础上，进一步地，如图2所示，所述齿臂101延伸出去的端部为自由端，所述自由端的头部为圆弧1012状，自圆弧1012处至三根齿臂101的交汇处，齿臂101为宽度逐渐顺滑增加的板状结构，每一个自由端的上臂面1011的圆弧1012圆心处设有与连接杆2相接的锁紧螺母102，所述连接杆2通过锁紧螺母102垂直安装于齿臂101。

板状的三根齿臂101的中心轴线交汇于一点即三叉齿台1的中心，齿臂101的悬空端为自由端，自由端的头部之所以设计为圆弧1012形状，是为了方便安装连接杆2，另外，齿臂101为宽度逐渐顺滑增加的板状结构，则是为了提高交汇处的支承力和端部的承受力，提高整个三叉齿台1的稳定性和结构强度。

参照图1和图6，三个齿臂101的上臂面1011分别连接一根连接杆2，连接杆2与对应的齿臂101相互垂直，每一个连接杆2的杆顶可以吸附放置一个靶球3，该结构既实现了3个靶球的一体化又减少了入涵配合作业人员数量及安置架数量，可实现单人操作及单个三角架配套3个靶球组装，避免了过多的作业人员及设备集中又形成遮挡而出现点云数据盲区，同时提高了外业点云数据采集和内业数据拼接效率，降低人身安全风险。

第四实施例：

在第二实施例的基础上，参照图2，所述齿臂101延伸出去的端部为自由端，所述自由端的头部为圆弧1012状，自圆弧1012处至三根齿臂101的交汇处，齿臂101为宽度逐渐顺滑增加的板状结构，每一个自由端的上臂面1011的圆弧1012圆心处设有与连接杆2相接的锁紧螺母102，所述连接杆2通过锁紧螺母102垂直安装于齿臂101。

板状的三根齿臂101的中心轴线交汇于一点即三叉齿台1的中心，齿臂101的悬空端为自由端，自由端的头部之所以设计为圆弧1012形状，是为了方便安装连接杆2，另外，齿臂101为宽度逐渐顺滑增加的板状结构，则是为了提高交汇处的支承力和端部的承受力，提高整个三叉齿台1的稳定性和结构强度。

具体地说，所述连接杆2有三根，三根连接杆2相互平行且高度互不相等，每一根连接杆2的结构相同，分别自上至下依次由平锥接头201、直杆202和螺柱203组成，所述平锥接头201的小直径顶面为金属片，大直径底面与直杆202的顶面相接，直杆202的底面中心插接螺柱203，螺柱203与齿臂101自由端的锁紧螺母102旋接。

需要说明的是，由于靶球3是通过底部的磁铁部位吸附连接其他装置的，因此连接杆2的平锥接头201的顶面为金属片，方便与靶球3吸附连接。

三个锁紧螺母102的中心连线呈等边三角形，在此基础上，三根连接杆2的高度互不相同（如图5所示），因此靶球3高度也不同（如图6所示），以上等边三角形的设计及靶球3错落安置，防止了靶球之间相互遮挡而带来的靶球扫描数据获取不全的问题。

第五实施例：

在第四实施例的基础上，作为优选（考虑到成本），所述金属片为铁质圆片，铁质圆片的直径与平锥接头201顶面直径相等。

如图1和图2所示，作为优选，所述三根齿臂101一体成型形成三叉齿台1。

第六实施例：

在第一实施例的基础上，如图3和图4所示，为了方便与三脚架连接以及提供更强的支撑力，所述连接装置包括底托104，所述底托104为固定安装于三根齿臂101交汇处的圆柱体，圆柱体内嵌有可与三脚架连接的底托锁紧螺母105。

三叉齿台1通过底托锁紧螺母105与三脚架的紧固螺丝连接，进而实现地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置与三脚架的连接。

第七实施例：

本实施例提供了一种地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置的应用方法：首先打开三脚架，立稳三脚架，将三脚架的紧固螺丝与三叉齿台1底面中心的底托锁紧螺母105旋接相连；然后调整单个脚架撑腿，整平地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置使圆气泡103置于中心；最后，取三个靶球3，依次将靶球3底部的磁铁部位对准并牢固吸附于连接杆2的平锥接头201，之后开展三维激光扫描工作。在每站的扫描站前后分别设置一个地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置，迁站时，只需将地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置从三脚架上拆卸下来，即可整体移动地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置至下一需要待扫描位置。

参照图1～图6，上述一种地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置，包括三叉齿台1，三叉齿台1是由三根齿臂101组成的y形结构，每一根齿臂101的上臂面1011连接一根连接杆2，连接杆2的杆顶可连接靶球3；三叉齿台1的底面中心设有用于与三脚架连接的连接装置。三根齿臂101结构相同、长度相等并位于同一水平面，相邻两根齿臂101的中心轴线之间的夹角为120°。三根齿臂101的中心轴线交汇处为三叉齿台1的中心，中心处嵌有圆气泡103。齿臂101延伸出去的端部为自由端，自由端的头部为圆弧1012状，自圆弧1012处至三根齿臂101的交汇处，齿臂101为宽度逐渐顺滑增加的板状结构，每一个自由端的上臂面1011的圆弧1012圆心处设有与连接杆2相接的锁紧螺母102，连接杆2通过锁紧螺母102垂直安装于齿臂101。连接杆2有三根，三根连接杆2相互平行且高度互不相等，每一根连接杆2的结构相同，分别自上至下依次由平锥接头201、直杆202和螺柱203组成，平锥接头201的小直径顶面为金属片，大直径底面与直杆202的顶面相接，直杆202的底面中心插接螺柱203，螺柱203与齿臂101自由端的锁紧螺母102旋接。金属片为铁质圆片，铁质圆片的直径与平锥接头201顶面直径相等。连接装置包括底托104，底托104为固定安装于三根齿臂101交汇处的圆柱体，圆柱体内嵌有可与三脚架连接的底托锁紧螺母105。三根齿臂101一体成型形成三叉齿台1。

综上所述，本发明提供了一种特别适用于地下暗涵激光扫描靶球一体化架设装置和应用方法，该装置包括三叉齿台、齿臂、锁紧螺母、圆气泡、底托、底托锁紧螺母、连接杆、平锥接头、直杆和螺柱，本发明既实现了3个靶球的一体化又减少了入涵配合作业人员及安置三角架数量，可实现单人操作及单个三角架配套3个靶球组装，避免了过多的作业人员及设备集中又形成遮挡而出现点云数据盲区，同时提高了点云数据拼接效率和拼接成果的可靠度，降低人身安全风险。尤其设计三角形及靶球错落安置，防止了靶球之间相互遮挡而带来的靶球扫描数据获取不全的问题。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。