CN104019742A - 隧道衬砌裂缝快速检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种隧道衬砌裂缝快速检测方法，用车载CCD相机对隧道表面进行扫描获取裂缝图像，并将图像实时传输图像采集卡；图像采集卡将裂缝图像数据传输给计算机；计算机对图像数据进行图像识别分析处理，从而得到隧道裂缝信息，包括裂缝的位置、长度、宽度及形状信息。本发明通过不同的车载平台，可适用于公路隧道，还可适用于铁路隧道，故适用面广。在速度为60km/h以上车载平台上进行检测，并得到理想的检测结果，因此检测不会干扰隧道内的正常交通。采用全自动化数据采集、处理，无需人为干预，检测速度快，精度高、成本低。在隧道裂缝检测技术领域具有很大的经济价值和社会价值，值得广泛推广应用。

Description

隧道衬砌裂缝快速检测方法

技术领域

本发明涉及道路、隧道的缺陷检测和图像识别技术，尤其涉及到一种隧道衬砌裂缝快速检测方法。

背景技术

目前，隧道裂缝检测方法是采用在隧道衬砌表面预埋导电涂层，通过电气方式检测电阻大小，来判断是否有裂缝。专利号为201220421638.9、名称为“隧道衬砌裂缝检测系统”的中国公开专利，提供了一个典型的技术方案，其原理图如图1所示，隧道衬砌1内表面沿圆周方向设有形成回路的导电涂料层2，所述导电涂层2沿隧道纵向布置。通过检测在隧道衬砌1内表面加设的导电涂层2的电阻值的大小，即可判断隧道衬砌1是否出现裂缝，如果检测出的电阻值大于常规值，则隧道衬砌1出现裂缝，反之则隧道衬砌良好。这种方法需要对每一个检测对象，进行预埋导电涂层，且隧道内属于阴暗潮湿的环境，预埋的导电涂层经过一段时间必将影像其检测性能，该方法使用不方便，也不易于普遍推广使用。

此外，这类隧道裂缝检测方法只能定性的识别出裂缝，不能定量的给出裂缝的位置、长度、宽度、形态等性能指标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种隧道衬砌裂缝快速检测方法，克服现有技术需要预埋传感器，检测工作繁琐、不能定量测量的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提出一种隧道衬砌裂缝快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

用车载CCD相机对隧道表面进行扫描获取裂缝图像，并将图像实时传输图像采集卡；

所述图像采集卡将裂缝图像数据传输给计算机；

计算机对图像数据进行图像识别分析处理，从而得到隧道裂缝信息，包括裂缝的位置、长度、宽度及形状信息。

优选的，所述图像采集卡首先将裂缝图像数据通过数据电缆传输给磁盘阵列，进行实时保存；由于采用磁盘阵列，大数据量的高分辨率图像数据的存储不会出现堵塞或丢帧现象。计算机再对磁盘阵列中保存的裂缝图像数据进行图像识别分析处理。

所述车载CCD相机用编码器的同步脉冲信号，来作为相机外部触发信号，使每次拍摄的图片包含位置信息，便于后期图像处理中的图片拼接处理。

所述裂缝图像通过网口或者CameraLink接口实时传输到所述图像采集卡。

所述车载CCD相机为工业面阵CCD相机。

考虑到系统应用环境在隧道内，照明条件非常差，以及CCD相机的低光敏性，因此，本发明还涉及到照明系统，在所述车载CCD相机扫描前，开启照明系统照射CCD相机的扫描区域。

所述照明系统采用大功率的LED光源作为照明装置，光源具备高频稳定的特性。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的隧道裂缝检测方法，通过不同的车载平台，不仅可以适用于公路隧道，还可以适用于铁路隧道，故适用面广。

(2)本发明适用于在速度为60km/h以上车载平台上进行检测，并得到理想的检测结果。因此采用本发明的检测方法进行检测，不会干扰隧道内的正常交通；

(3)本发明采用全自动化数据采集、处理，不需要人为干预，识别、测量速度快，精度高、成本低。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为现有的衬砌裂缝检测结构示意图。

图2为本发明所涉及的裂缝检测系统的一种具体实施方式的构成图。

图3为本发明所涉裂缝检测系统的一种照明扫描装置的一种状态结构图。

图4为图3所示照明扫描装置的另一种状态结构图。

图5为图3所示照明扫描装置的主视图。

图6为图3所示照明扫描装置的后向立体图。

图7为图5所示照明扫描装置及其局部放大图。

图8为CCD相机调节局部图。

图9为《公路隧道设计规范》规定的双车道隧道三圆复合断面几何尺寸图。

图10为本发明的图像采集示意图。

具体实施方式

如图2所示，为实现本发明所描述的测量方法，本发明涉及的裂缝检测系统。包括照明系统、CCD相机、编码器、图像采集卡、磁盘阵列、计算机和电源系统。

照明系统对隧道表面照射，对车载CCD相机提供光源。车载CCD相机对隧道表面进行扫描获取裂缝图像，通过网口或者CameraLink接口传输给网口采集卡或图像采集卡，然后通过数据电缆输送给磁盘阵列中的硬盘，实时保存。由于采用磁盘阵列，大数据量的高分辨率图像数据的存储不会出现堵塞或丢帧现象。最后采用计算机对图像进行在线的处理分析，从而得到裂缝信息，包括裂缝的位置、长度、宽度以及形状。

车载CCD相机：采用工业面阵CCD相机。

照明系统：考虑到系统应用环境在隧道内，照明条件非常差，考虑到CCD相机的低光敏性，照明系统应该采用大功率的照明装置，同时光源还要具备高频稳定的特性。最终选定LED光源。

编码器：由于检测系统是具有一定速度的车载装置，为了后期图片的拼接，必须保证每次拍摄的图片包含位置信息，故采用编码器的同步脉冲信号，来作为相机外部触发信号，且触发频率可根据需求通过上位机软件进行设置。

以小车作为设备承载平台，在实际应用中，可以选取小型轿车作为载车平台。

如图3、图4、图5、图6、图7所示为本发明所涉裂缝检测系统的一种照明扫描装置，包括测量小车、3台面阵CCD相机和6个LED照明灯。在实际应用过程中，可根据应用需求，对CCD相机和LED照明灯进行数量上的扩展，其系统检测原理不变。

测量小车上有3个扇叶结构，其中两个扇叶结构用来安装LED灯，一个用来安装相机，扇叶结构可以实现0°～90°翻转，如图3、图4所示。扇叶半径可以在一定范围内伸缩，其作用是粗调相机和LED灯在隧道横断面X方向上的相对位置关系，以满足LED灯提供最佳照明位置。

如图5、图6所示，三个扇叶结构在Y方向上也可以调节，起作用是粗调左右两边的扇叶，使其LED灯的照明投影能够达到最大化均匀的效果。

设备除了能够随同扇叶结构在X，Y两个方向上，大位移的调节，单个LED灯，单个相机在X，Y方向上，也能作细微的调节，其作用是满足相邻相机之间拍摄视场的物理拼接，满足LED灯组合照明，形成一条照明度均匀且满足相机拍摄视场长度和宽度的照明光带。结构实现如图7所示。设备通过圆形卡箍，安装在扇叶结构的轮毂上，由于轮毂是多个线段拼接而成，所以上下滑动的范围受到了限制，只能是在所安装线段的距离内调节。

系统选用面阵相机，面临着相邻相机之间视场范围重叠度的问题，由于隧道内壁的不规则性，以及相机景深的制约，所以相机的安装方位需要根据实验环境，其拍摄角度能够在一定范围内调节，如图8所示。

根据《公路隧道设计规范》可知，隧道断面几何尺寸大小是有标准的，图9为双车道隧道断面几何尺寸图。

小车上安装的三个工业相机，相邻相机采集的隧道影像数据，有重叠区域，如图10所示。由于被拍摄目标物的距离已知，所以选取合适焦距的镜头就可以计算得到单个相机拍摄区域的面积，通过标定就能够精确计算得到重叠区域的面积和位置信息。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种隧道衬砌裂缝快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

用车载CCD相机对隧道表面进行扫描获取裂缝图像，并将图像实时传输图像采集卡；

所述图像采集卡将裂缝图像数据传输给计算机；

计算机对图像数据进行图像识别分析处理，从而得到隧道裂缝信息，包括裂缝的位置、长度、宽度及形状信息。

2.根据权利要求1所述的隧道衬砌裂缝快速检测方法，其特征在于，所述图像采集卡首先将裂缝图像数据通过数据电缆传输给磁盘阵列，进行实时保存；计算机再对磁盘阵列中保存的裂缝图像数据进行图像识别分析处理。

3.根据权利要求1或2所述的隧道衬砌裂缝快速检测方法，其特征在于，所述车载CCD相机用编码器的同步脉冲信号，作为相机外部触发信号，使每次拍摄的图片包含位置信息，图片位置信息用于后期图像处理中的图片拼接处理。

4.根据权利要求1所述的隧道衬砌裂缝快速检测方法，其特征在于，还涉及到照明系统，在所述车载CCD相机扫描前，开启照明系统照射CCD相机的扫描区域。

5.根据权利要求1所述的隧道衬砌裂缝快速检测方法，其特征在于，所述车载CCD相机为工业面阵CCD相机。

6.根据权利要求1所述的隧道衬砌裂缝快速检测方法，其特征在于，所述裂缝图像通过网口或者CameraLink接口实时传输到所述图像采集卡。

7.根据权利要求1所述的隧道衬砌裂缝快速检测方法，其特征在于，所述照明系统采用大功率的LED光源。