CN104237257B - 一种用于运营地铁隧道结构病害的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于运营地铁隧道结构病害综合快速检测装置，包括轨道行走平台、采集中心、结构光源、轨道行走平台包括放置于地铁列车运行轨道上的相互平行的前轴和后轴，前轴和后轴通过中梁相连接形成“工”字型框架，前轴上设置有结构光源，中梁上设置有与其垂直的立柱，立柱的顶端设置有采集中心和操作平台，后轴上设置有推行手柄。该装置能够极大的加快运营地铁隧道结构病害检测的速度和数据处理速度，解决了人工价差效率低和信息反馈周期长的问题，为地铁隧道结构病害的检测提供新的检测技术，更加有效的保障了地铁运维的决策速度和地铁结构的安全。

Description

一种用于运营地铁隧道结构病害的检测装置

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种用于运营地铁隧道结构病害综合快速检测装置。

背景技术

目前，国内运营地铁里程已达1500公里，而且国内地铁建设方兴未艾，近期将会有大量的地铁投入运营。到2020年，中国城市轨道交通总里程预计将达到约6100公里。

地铁运营过程中，以混凝土材料为主的隧道结构出现渗漏水或者裂缝等表观缺陷，以及隧道断面变形，都是无法避免的病害现象，而且病害的长期发展对隧道的安全性造成不可逆转的负面影响。因此，在地铁运营中对隧道结构的维护视为保障隧道长期运营安全性的必要手段。而隧道病害的检测则是隧道维护决策和技术手段开展的基础。

传统的隧道结构病害是人工检查为主，辅以仪器设备。尤其在隧道表观病害的检查时，完全依赖人工，国内外均是如此。人工检查的手段，但是，无论是单纯的人工检查，还是借助仪器设备，在工程量小的时候尚且可行，在面对大量的工程之时就无法满足需求。

近年来，国内外对隧道结构维护日渐重视起来，相继研发基于不同原理的隧道检测设备。瑞士AMBERG公司开发了GRR5000和TunnelMap系列隧道检测系统，该系统采用车载式激光扫描仪对隧道进行检测，得到高清图像，并标注隧道病害、自动计算渗水面积等参数，结果导入到Excel软件进行图形报表分析；德国SPACETEC公司开发了SPACETECTS3隧道快速扫描检测系统，据该公司宣传资料称该系统可安装在任何检测车上，能对隧道进行全方位扫描检测，可检测到衬砌渗水面积大小和位置；瑞典BergByggKonsult(BBK)AB公司的研究人员利用三维地面激光扫描系统对隧道渗漏水进行探测，但渗漏水图像受隧道表面粗糙度和角度的影响，使该系统中探测隧道渗漏水方面受到限制；法国HGH红外系统公司研制了ATLAS70多传感器隧道无损检测系统，该系统分别配置了激光扫描传感器、红外扫描传感器、测距仪和计程仪等设备，可进行隧道渗水的全方位检测。

总的来说，国外的设备首先是价格极其昂贵，而且功能都不够全面，性价比较低。国内的检测设备在检测项目、检测精度，总体效率以及技术成熟度上，都有极大的欠缺，因此目前尚未见到市场上成型国产设备推出。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于运营地铁隧道结构病害综合快速检测装置，解决了现有技术中存在的运营地铁隧道结构病害的装置功能不够全面、性价比较低、检测精度差的问题。

本发明所采用的技术方案是，包括轨道行走平台、结构光源、轨道行走平台包括放置于地铁列车运行轨道上的相互平行的前轴和后轴，前轴和后轴通过中梁相连接形成“工”字型框架，前轴上设置有结构光源，中梁上设置有与其垂直的立柱，立柱的顶端设置有操作平台，操作平台上设置有环形支撑架，后轴上设置有推行手柄。

本发明的特点还在于，

该用于运营地铁隧道结构病害综合快速检测装置还包括采集中心，采集中心包括电源，电源上分别连接有交换机、工业定焦相机、闪光灯和编码器，编码器通过导线依次连接有控制卡和电脑，电脑通过导线与交换机相连接，控制卡通过导线与工业定焦相机相连接，交换机通过导线依次与工业定焦相机和闪光灯相连接，工业定焦相机为4个，工业定焦相机沿环形支撑架的环形边缘依次排列设置；闪光灯设置有7个，闪光灯沿环形支撑架的环形边缘依次排列设置。

后轴上设置有凹槽，电源和编码器放置于凹槽内；电脑放置于操作平台上。

前轴和后轴的两端均设置有带踏面车轮。

中梁分别通过滑槽与前轴和后轴装配连接。

立柱通过滑槽与中梁装配连接。

本发明的有益效果是：该装置是将前述基本部件组成不同检测需求的完整的检测系统，并且固定安装在能够沿着地铁轨道行走的车载型平台上，通过车载平台的运动激活检测系统完成对两种检测指标的拍摄，配以针对本装置开发专有的处理软件进行表观病害和断面变形的计算和分析。该装置能够极大的加快运营地铁隧道结构病害检测的速度和数据处理速度，解决了人工价差效率低和信息反馈周期长的问题，为地铁隧道结构病害的检测提供新的检测技术，更加有效的保障了地铁运维的决策速度和地铁结构的安全。

附图说明

图1是本发明用于运营地铁隧道结构病害综合快速检测装置的结构示意图；

图2是本发明用于运营地铁隧道结构病害综合快速检测装置的采集中心的框架连接图；

图3是本发明用于运营地铁隧道结构病害综合快速检测装置的闪光灯布置方式的结构示意图；

图4是本发明用于运营地铁隧道结构病害综合快速检测装置的相机布置方式的结构示意图。

图中，1.行走平台，2.采集中心，3.结构光源，4.电源，5.编码器，6.控制卡，7.前轴，8.后轴，9.中梁，10.凹槽，11.推行手柄，12.立柱，13.支撑架，14.操作平台，15.闪光灯，16.交换机，17.电脑，19.工业定焦相机，20.车轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供一种用于运营地铁隧道结构病害综合快速检测装置，如图1所示，包括轨道行走平台1、采集中心2、结构光源3、轨道行走平台1包括放置于地铁列车运行轨道上的相互平行的前轴7和后轴8，前轴7和后轴8通过中梁9相连接形成“工”字型框架，前轴7上设置有结构光源3，结构光源3在本装备中属于辅助光源，主要是在检测隧道内表面上提供便于检测的内部轮廓辅助线。安装的位置，在装备纵向上，结构光源3到工业定焦相机19的距离是固定的，在装备横向上，不能偏转。中梁9上设置有与其垂直的立柱12，立柱12的顶端设置有操作平台14，操作平台14上设置有环形支撑架13和电脑17，环形支撑架13和操作平台14上设置有采集中心2，后轴8上设置有推行手柄11。前轴7和后轴8的两端均设置有带踏面车轮10。中梁9分别通过滑槽与前轴7和后轴8装配连接。立柱12通过滑槽与中梁9装配连接；

如图2所示，采集中心2包括电源4，电源4上分别连接有交换机16、工业定焦相机19、闪光灯15和编码器5，编码器5通过导线依次连接有控制卡6和电脑17，所述电脑17通过导线与交换机16相连接，控制卡6通过导线与工业定焦相机19相连接，所述交换机16通过导线依次与工业定焦相机19和闪光灯15相连接，工业定焦相机19为4个，工业定焦相机19沿环形支撑架13的环形边缘依次排列设置；闪光灯15设置有7个，闪光灯15沿环形支撑架13的环形边缘依次排列设置。

环形支撑架13在采集中心起固定各个部件的功能；工业定焦相机19主要是拍摄隧道结构图像信息；闪光灯15提供工作环境的光源补偿；控制卡6收集编码器5发出的电子脉冲并判断后提供工业定焦相机19和闪光灯15的触发信号；交换机16收集和传输来自工业定焦相机19采集的图像信息；电脑17提供控制卡6和编码器5工作电源，以及控制信号、存储交换机16传递工业定焦相机19采集的隧道图像信息。

工业定焦相机19和闪光灯15在环形支撑架13的环向分布必须是固定。工业定焦相机19的固定位置是为了能够准确定位隧道内病害信息；闪光灯15的固定位置是为了提供更为混匀分布的补偿光。

编码器5连接在控制卡6上，控制卡6连接电脑17和工业定焦相机19；编码器5和控制卡6工作电源是通过与连接电脑17的导线提供的。控制卡6连接工业定焦相机19，提供工业定焦相机19工作的触发信号。工业定焦相机19通过信号线连接闪光灯15，提供闪光灯触发信号。电源4连接工业定焦相机19、闪光灯15和交换机，提供工作电源。工业定焦相机19通过网线与交换机连接，交换机通过网线与电脑连接，存储现场采集的数据。

工业定焦相机19为4个，工业定焦相机19沿环形支撑架13的环形边缘依次排列设置。后轴8上设置有凹槽10，电源4和编码器5放置于凹槽10内；电脑17放置于操作平台14上；本装备的编码器是放置在后轴的端部，同时与后轴是无差动连接，随后轴转动。

编码器5的功能是通过转动生成电子脉冲，并把电子脉冲传递给控制卡。控制卡6内部写入有控制程序。控制卡6记录编码器5传递电子脉冲的数量，如果达到了控制程序设定的判定标准，那么控制卡将向工业定焦相机发送触发脉冲信号。

前轴和后轴长度1300mm，断面形状为宽130×高150mm，两端安装带蹋面车轮，轮中心距为1435mm；中梁长度1240mm，断面形状为150×150mm正方形；立柱高730mm，断面形状为150×150mm正方形；相机和闪光灯固定盘外径400mm。

本装置的工作原理是：用于运营地铁隧道结构病害综合快速检测装置实际上包括运营地铁隧道结构表观病害的检测和隧道断面变形的检测两套系统。两套系统的融合是通过编码器5和控制卡6实现的。

对于表观病害检测来说，完成一次拍摄的工作部件包括轨道行走平台1、编码器5、控制卡6、工业定焦相机19、闪光灯15、交换机16和电脑17。轨道行走平台1通过运动带动编码器5电子脉冲，在设定的距离间隔上电子脉冲进入控制卡6激活控制卡中的控制程序，进而激活工业定焦相机19并同步激活闪光灯15进行拍摄，拍摄的图像通过交换机16存入电脑17。

对于断面变形检测来说，完成一次拍摄的工作部件包括轨道行走平台1、编码器5、控制卡6、工业定焦相机19、交换机16和电脑17。轨道行走平台1通过运动带动编码器5电子脉冲，在设定的距离间隔上电子脉冲进入控制卡6激活控制卡中的控制程序，进而激活工业定焦相机19拍摄照射在隧道内壁的结构光源(环形激光带)3。

控制程序的算法为：

步骤一：控制卡6记录编码器5发送的电子脉冲数；

步骤二：控制卡6判断已经记录的电子脉冲数是否符合设定模式，如果不符合设定模式继续记录；如果符合设定模型进入步骤三；

步骤三：控制卡6发射触发信号到工业定焦相机19。同时，已经记录的电子脉冲数目清零；

步骤四：控制卡6开始下轮记录和判定流程。

在表观病害检测和断面变形病害检测中，不同的是对于闪光灯15的使用。因为，在表观病害检测中，要求隧道内部光照度能够满足工业定焦相机19拍摄的需求；而在断面变形检测中，则要求工业定焦相机19能够拍摄的足够清晰的环形激光带。因此，本装置通过在控制卡6中设定不同间隔的激活机制，分别实现两套功能对闪光灯的需求。

本发明目前针对的是解决运营地铁隧道结构病害(表观病害和断面变形)的快速检测问题。通过发明人对该装置及其原理的系统研究，已经实现了对功能模块的优化组合，使得该设备易于安装，操作方便。实际上，本发明装置及其背后的基本思路也可用于其他领域的检测工作及其装置研发中。

因此，熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对该装置做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的说明例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于运营地铁隧道结构病害的检测装置，实现运营地铁隧道结构表观病害的检测和隧道断面变形的检测，包括轨道行走平台(1)和采集中心(2)，所述轨道行走平台(1)包括放置于地铁列车运行轨道上的相互平行的前轴(7)和后轴(8)，所述前轴(7)和后轴(8)通过中梁(9)相连接形成“工”字型框架，所述中梁(9)上设置有与其垂直的立柱(12)，所述前轴(7)和后轴(8)的两端均设置有带踏面车轮(20)，所述后轴(8)上设置有推行手柄(11)，其特征在于，所述前轴(7)上设置有结构光源(3)，所述结构光源(3)照射在隧道内壁形成环形激光带，提供便于检测的内部轮廓辅助线，所述立柱(12)的顶端设置有操作平台(14)，所述操作平台(14)上设置有环形支撑架(13)，所述采集中心(2)包括电源(4)，电源(4)上分别连接有交换机(16)、工业定焦相机(19)、闪光灯(15)和编码器(5)，编码器(5)通过导线依次连接有控制卡(6)和电脑(17)，电脑(17)通过导线与交换机(16)相连接，控制卡(6)通过导线与工业定焦相机(19)相连接，所述交换机(16)通过导线依次与工业定焦相机(19)和闪光灯(15)相连接，控制卡(6)收集编码器(5)发出的电子脉冲并判断后提供工业定焦相机(19)和闪光灯(15)的触发信号；交换机(16)收集和传输来自工业定焦相机(19)采集的图像信息，电脑(17)为控制卡(6)和编码器(5)提供工作电源、控制信号以及存储交换机(16)传递的工业定焦相机(19)采集的隧道图像信息；工业定焦相机(19)为4个，工业定焦相机(19)沿环形支撑架(13)的环形边缘依次排列设置，用于拍摄隧道结构图像信息；闪光灯(15)设置有7个，闪光灯(15)沿环形支撑架(13)的环形边缘依次排列设置，提供工作环境的光源补偿，所述后轴(8)上设置有凹槽(10)，所述电源(4)和编码器(5)放置于凹槽(10)内；所述电脑(17)放置于操作平台(14)上。

2.根据权利要求1所述的用于运营地铁隧道结构病害的检测装置，其特征在于，所述中梁(9)分别通过滑槽与前轴(7)和后轴(8)装配连接。

3.根据权利要求1所述的用于运营地铁隧道结构病害的检测装置，其特征在于，所述立柱(12)通过滑槽与中梁(9)装配连接。