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申请/专利权人：江苏省水利科学研究院

摘要：本发明公开了一种堤坝獾洞探测系统及方法，探测系统包括探测小车、线缆及地面操作系统；探测小车通过线缆与地面操作系统连接，探测小车包括集成模块和运动模块；集成模块包括蓄电池、前摄像头、后摄像头、前照明灯、后照明灯、GNSS天线、三轴陀螺仪、三轴加速度计、三维激光扫描仪。该方法为：探测小车进入獾洞，地面操作系统实时绘制初始獾洞三维空间分布图；建立獾洞内部三维模型；对獾洞初始三维空间分布图进行修正。本发明可在狗獾洞等狭小复杂獾洞中作业，实现獾洞三维空间分布图的绘制和獾洞内三维模型的建立。

主权项：1.一种堤坝獾洞探测系统的堤坝獾洞探测方法，其特征在于，所述堤坝獾洞探测系统包括探测小车、线缆及地面操作系统；所述探测小车通过线缆与地面操作系统连接；所述探测小车包括集成模块和运动模块，集成模块的外部为水平设置的圆柱体形状壳体的车身，所述运动模块包括车架和车轮组件，所述集成模块设置在车架上，车轮组件驱动车架前进或后退；所述堤坝獾洞探测方法包括以下步骤：步骤S1、将探测小车、线缆、地面操作系统连接调试完毕，把探测小车放在洞口获取洞口位置处GNSS天线坐标；步骤S2、释放线缆，地面操作系统操控探测小车进入獾洞内部，根据前摄像头传输的图像观察洞内情况并操控探测小车继续前进；步骤S3、探测小车行径过程中三轴陀螺仪、三轴加速度计、测深仪不断采集数据传输至地面操作系统，地面操作系统实时绘制初始獾洞三维空间分布图；三维激光扫描数据传输至地面操作系统，建立獾洞内部三维模型；探测小车自身的载体坐标系（X'，Y'，Z'）原点与载体质心重合，X'轴沿探测小车横轴向右，Y'轴沿探测小车纵轴向前，Z'轴沿探测小车竖轴向上；探测小车内部的三轴加速度计以1Hz的频率采集三轴角速度数据、和三轴加速度数据，探测小车自身的载体坐标系通过方向余弦矩阵变换至与大地坐标系（X，Y，Z）重合，方向余弦矩阵如下式所示： ，探测小车的三轴加速度值转换至大地坐标系中即为：， 即为探测小车运动时在大地坐标系中X、Y、Z三轴上的加速度；采用洞口位置处GNSS天线获取的坐标作为初始坐标值，初始坐标为，利用三轴陀螺仪和三轴加速度计获取的三轴角速度以及三轴加速度数据计算探测小车的粗略位置坐标，粗略位置坐标由初始坐标与相对于初始坐标的粗略位移变化量之和得到，粗略位置坐标用下式计算，即为： ，式中，表示t时刻探测小车的粗略坐标，表示t时刻探测小车的粗略X坐标，表示t时刻探测小车的粗略Y坐标，表示t时刻探测小车的粗略Z坐标，表示探测小车初始的X轴位置，表示探测小车初始的Y轴位置，表示探测小车初始的Z轴位置；通过每个时刻探测小车的粗略坐标绘制初始獾洞三维空间分布图；步骤S4、探测小车行径至獾洞尽头时，记录线缆在洞口处长度数据，将数据输入至系统中，对初始獾洞三维空间分布图进行修正；由于角速度和加速度数据误差会随着时间累积增加，故采用小车行径结束时的线缆长度数据对探测小车的坐标进行修正，令，当探测小车行径至獾洞尽头时，根据陀螺仪和加速度计数据解算出的行径长度为：，实际行径长度由线缆长度数据得到为W，将解算出的行径长度与实际行径长度W进行求差，，即为探测小车实际行径长度对陀螺仪和加速度计解算出的行径长度的修正值，按照下式分配到每一时刻的探测小车坐标值： ，其中，为t时刻探测小车X坐标修正值，为t时刻探测小车Y坐标修正值，为t时刻探测小车Z坐标修正值；修正后t时刻探测小车坐标值即为： ，根据修正后坐标值绘制修正后獾洞三维空间分布图；同时，探测小车在行径过程中，三维激光扫描数据不断传输至地面操作系统，通过三维数据处理软件Geomagic生成獾洞内部粗三维模型，待探测小车坐标修正后，利用修正后的坐标值对三维激光扫描的站心数据进行更新，再生成修正后獾洞内部三维模型；步骤S5、探测完毕后，根据后摄像头传输的图像操控探测小车后退，并在洞口处将线缆往外拉，防止线缆缠绕探测小车的运动模块；探测小车出洞后回收探测小车和线缆。

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