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专利号: 2021109695453
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种坑底隆起监测系统,其特征在于,包括:信号发射接收模块、坐标标定模块、数据处理模块、数据传输模块、PC终端模块;信号发射接收模块受驾驶室控制开关指令发射激光信号并接收反射回的激光信号;坐标标定模块定位激光轮廓仪在轮廓仪坐标系下的具体位置(x0,y0),并将轮廓仪坐标系转化为工作坐标系,得到被扫描点在工作坐标系下的坐标(x1,y1);数据处理模块计算地面与激光轮廓仪的距离Sj,通过每一开挖步下距离Sj+i与初始开挖步的距离Sj计算隆起值的大小,并与轮廓仪的平面坐标相匹配;数据传输模块利用传感器将数据处理信息传输至PC终端模块,PC终端模块对数据信息进行编程处理,并最终将坐标—隆起数据与时间结合的4D云图通过显示器展示;

信号发射接收模块(1),信号发射接收模块包括控制开关、激光轮廓仪和信号接收装置;其中,激光轮廓仪位于挖掘机驾驶室底部,并始终垂直于挖掘机驾驶平面;信号发射接收模块中的控制开关用于发送信号采集指令,当接收到控制开关的采集指令后,置于挖掘机驾驶室正下方的激光轮廓仪发射激光信号,激光信号在遇到被测物后直线返回,同时信号接收装置接收反射回来的激光;单光子二极管在信号激光发射与接收的同时各打上击穿标记,并进一步利用时间—数字转换器给击穿标记打上时间戳信息,得到激光传播的总时间t;

坐标标定模块(2),坐标标定模块包括轮廓仪坐标标定子模块和坐标转换子模块;轮廓仪坐标标定子模块用GPS系统定位激光轮廓仪在轮廓仪坐标系下的平面坐标(x0,y0);坐标转换子模块将挖掘机所处的轮廓仪平面坐标系转化为工作平面坐标系,将挖掘机扫描点在轮廓仪平面坐标系中的坐标通过坐标转换模块转换为工作平面坐标系的相对位置(x1,y1),具体转换方法如下:其中,{s}为轮廓仪平面坐标系;{w}为工作平面坐标系; 为坐标转换矩阵,其中k为坐标转换的平移参数,可表示为 为轮廓仪坐标系相对于工作坐标系在x、y方向的位移矢量;ζ为坐标转换的旋转矩阵,可表示为ζ=[ωx ωy];P为初始矩阵,其中x0、y0为激光轮廓仪坐标系下被扫描点的x、y坐标; 为转换完成后工作坐标系下的坐标,可表示为数据处理模块(3)包括距离标定子模块、坑底隆起计算子模块和坐标‑隆起匹配子模块;距离标定子模块通过激光传播的总时间t计算被扫描点位距离挖掘机上激光轮廓仪的距离Sj,具体的计算方法如式( 4) ;土方开挖前,计算得到被扫描点位距离挖掘机上激光轮廓仪的距离为Sj;此后一阶段土方开挖完成时,计算得到被扫描点位距离挖掘机上激光轮廓仪的距离为Sj+1;直至土方开挖完成第n步时,计算得到被扫描点位距离挖掘机上激光轮廓仪的距离为Sj+n;坑底隆起计算子模块对于坑底隆起值L计算的理念主要为当前开挖步第j+i步挖掘机底部距离扫描点的距离Sj+i与初始开挖步Sj差值的绝对值;

Sj=t×v÷2    (4)

L=|Sj+i–Sj|    (5)

坐标—隆起匹配子模块将计算得到的隆起值L与该点处坐标(x0,y0)相匹配,以(x0,y0—L)格式储存于数据处理模块中;

数据传输模块(4),数据传输模块利用传感器将坐标标定模块计算得到的扫描点位坐标信息传输至挖掘机驾驶室内的PC终端模块;

PC终端模块(5),PC终端模块包括数据接收子模块、编码器和显示器,数据接收子模块接收传输过来的数据信息,编码器利用编程软件对被测得到的坐标—隆起数据结合时间信息进行编程处理,生成各时间下坐标‑隆起的4D云图,最后通过显示器展现4D云图。

2.如权利要求1所述的一种坑底隆起监测系统,其特征在于,所述激光轮廓仪安装于挖掘机驾驶室底部,始终与驾驶室水平面垂直,通过发射接收激光信号得到激光轮廓仪与扫描点的距离Sj。

3.如权利要求1所述的一种坑底隆起监测系统,其特征在于,所述数据处理模块安装于挖掘机机械臂上。

4.如权利 要求1所述的坑底隆起监测系统,其特征在于,所述PC终端模块内的编码器可利用Matlab软件将数据处理模块计算得到的坐标—隆起数据与时间‑数字转换器得到的时间戳信息结合,生成4D云图。