CN105510351B - 一种隧道检测车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道检测车。该隧道检测车包括：车体，其能够在隧道内沿隧道的延伸方向行进；图像获取装置，其安装在车体上并且用于获取隧道表面的图像，图像获取装置包括：拍照支架，拍照支架安装在车体上；以及多个拍照单元，每个拍照单元包括用于拍摄隧道表面的检测区域的相机、以及照射隧道表面的检测区域以为相机的拍摄提供照明的光源，其中多个拍照单元依次布置在拍照支架上，并且在车体的行进方向上分两层或更多层错位排列，以使任意两个拍照单元中的一个拍照单元的相机在隧道表面上的拍摄区与另一个拍照单元的光源在隧道表面上的照明区不重叠。

Description

一种隧道检测车

技术领域

本发明涉及隧道检测领域，尤其涉及一种隧道检测车。

背景技术

随着科学技术的发展，地铁施工技术出现了重大突破。然而，由于地质条件变化快、某些施工队伍施工技术不过关等原因，在施工过程中可能出现衬砌开裂、管片裂缝、错台、隧道渗漏等问题，并且还可能出现周围土体空洞、地铁隧道整体沉降等问题。在地铁网络运营过程中，如果隧道结构及周围土层出现这些问题，隧道在地铁列车的载荷和振动作用下就会产生变形开裂等现象，影响地铁运行安全。因此，快速有效地检测出隧道裂缝是保证隧道运行安全的重要环节。

目前，国内地铁隧道验收及运营过程中，隧道表面裂缝检测主要靠人工巡检。人工巡检效率低，可靠性差，容易漏检，并且对裂缝等级的判定靠经验。因此，需要一种巡检效率高、可靠性好、节省人力的隧道检测设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够取代人工对隧道表面的裂缝进行自动化检测的隧道检测车，该隧道检测车检测效率高、可靠性好并且节省人力。

本发明提供了一种隧道检测车，其包括：车体，其能够在隧道内沿所述隧道的延伸方向行进；图像获取装置，其安装在所述车体上并且用于获取隧道表面的图像，所述图像获取装置包括：拍照支架，所述拍照支架安装在所述车体上；以及多个拍照单元，每个拍照单元包括用于拍摄所述隧道表面的检测区域的相机、以及照射所述隧道表面的所述检测区域以为所述相机的拍摄提供照明的光源，其中，所述多个拍照单元依次布置在所述拍照支架上，并且在所述车体的行进方向上分两层或更多层错位排列，以使任意两个所述拍照单元中的一个所述拍照单元的所述相机在所述隧道表面上的拍摄区与另一个所述拍照单元的所述光源在所述隧道表面上的照明区不重叠。

优选的，所述多个拍照单元被布置成，将各拍照单元的所述拍摄区投影到与所述车体的行进方向垂直的投影面而形成的投影区域能够覆盖所述检测区域在所述投影面上的投影区域。

优选的，所述拍照单元被错位排列的所述两层或更多层的相邻两层的层间距大于所述光源的所述照明区在所述车体的行进方向上的宽度。

优选的，所述拍照单元在所述车体的行进方向上分两层错位排列。

优选的，所述多个拍照单元在所述车体的行进方向上分三层错位排列。

优选的，所述多个拍照单元还包括安装在所述拍照单元内的调整设备，所述调整设备用于调节所述相机和所述光源之间的相对位置，使所述相机的拍摄区位于所述光源的所述照明区的中央，所述调整设备包括：第一支架，所述第一支架用于安装所述相机和所述光源中的一者；第二支架，所述第二支架用于安装所述相机和所述光源中的另一者；和调整装置，其中，所述第一支架连接到所述调整装置，所述调整装置能够旋转和平移所述第一支架，所述调整装置包括：旋转调整组件，所述旋转调整组件能够带动所述第一支架旋转；和平移调整组件，所述平移调整组件能够带动所述第一支架平移；当所述相机和所述光源安装到所述第一支架和所述第二支架之后，所述相机和所述光源各自的纵向轴线相互平行。

优选的，所述多个拍照单元被配置成其到所述隧道表面的距离基本相同。

优选的，所述相机为线阵相机，所述光源为线型光源。

优选的，所述隧道检测车还包括安装在车体上的取像同步控制装置，所述取像同步控制装置包括：主控计算机、触发控制单元和多个图像采集单元；所述触发控制单元，用于接收所述主控计算机的取像指令，并且将取像控制脉冲信号同步发送至所述多个拍照单元，其中，所述每个取像控制脉冲信号触发所述多个拍照单元曝光一次，获取一帧图像；所述多个图像采集单元，用于采集所对应的所述拍照单元输出的图像数据，并且以预设格式的文件名进行存储；其中，所述触发控制单元和所述多个图像采集单元由所述主控计算机通过运行主控软件进行监控；所述主控计算机通过通讯网络与所述触发控制单元和所述多个图像采集单元连接。

优选的，所述隧道检测车还包括安装在所述车体上的脉冲发生装置，所述脉冲发生装置用于测定所述车体行进的位移并且用于生成脉冲信号，所述脉冲信号作为触发所述拍照单元中的所述相机拍摄的信号源，所述脉冲发生装置包括：随动轮，其与所述车体的车轮啮合；编码器，其通过联轴器与所述随动轮连接，当所述随动轮旋转时，所述编码器与所述随动轮同步转动以根据所述随动轮的角度变化生成脉冲信号。

优选的，在将每个所述拍照单元的所述拍摄区投影到与所述车体的行进方向垂直的投影面而形成的投影区域中，相邻的投影区域部分重叠。

优选的，所述隧道检测车还包括连接所述拍照支架与所述车体的减震装置。

优选的，所述平移调整组件的平移运动方向垂直于所述相机和所述光源各自的纵向轴线。

优选的，所述调整设备还包括：第一锁定部件，所述第一锁定部件用于锁定所述旋转调整组件的旋转运动；和/或第二锁定部件，所述第二锁定部件用于锁定所述平移调整组件的平移运动。

优选的，所述旋转调整组件包括蜗轮蜗杆机构。

优选的，所述平移调整组件包括齿轮和齿条。

优选的，所述第一支架和所述第二支架中的至少一者能够使安装在它们上的所述相机和/或所述光源前后平移。

优选的，所述第一支架和/或所述第二支架是L型支架。

优选的，所述拍照单元还包括防护板，所述防护板包括前面板、后面板和侧板，其中，所述前面板为透明板。

优选的，所述隧道检测车还包括安装在所述车体上的脉冲发生装置，所述脉冲发生装置用于测定所述车体行进的位移，并且所述脉冲发生装置生成的脉冲信号还作为触发所述拍照单元中的所述相机拍摄的信号源，所述脉冲发生装置包括：随动轮，其与所述车体的车轮啮合；编码器，其通过联轴器与所述随动轮连接，当所述随动轮旋转时，所述编码器与所述随动轮同步转动以根据所述随动轮的角度变化生成脉冲信号。

优选的，脉冲发生装置还包括套筒和与所述套筒连接的曲柄，所述套筒套装在所述随动轮的轴上，所述随动轮能够相对所述套筒与所述曲柄旋转。

优选的，脉冲发生装置还包括安装支架，所述曲柄铰接在所述安装支架上并能够绕铰接点摆动。

优选的，所述曲柄上连接有弹簧，所述弹簧拉动所述曲柄绕所述铰接点摆动。

优选的，所述随动轮为橡胶轮。

优选的，每个图像采集单元被配置为由具有磁盘阵列的计算机、图像采集卡和采集控制软件组成的设备。

优选的，所述预设格式为至少以下一项：图像采集单元编号的格式；任意字符串与所述图像采集单元编号的格式；或任意字符串、间隔符与所述图像采集单元编号的格式；其中，所述图像采集单元编号为根据所述多个拍照单元的空间位置按照一定方向顺次编号。

优选的，所述通讯网络包括RS-485总线或以太网。

优选的，所述触发控制单元包括以下至少一项：驱动与信号分配单元，用于接收所述脉冲信号，并且生成对多个拍照单元进行驱动的驱动信号；一个或多个级联驱动与信号分配单元，用于接收通过所述驱动与信号分配单元转发的所述脉冲信号，并且生成对多个拍照单元进行驱动的驱动信号；其中，所述驱动与信号分配单元包括用于将所述脉冲信号发送给所述级联驱动与信号分配单元的级联信号输出接口。

优选的，每个拍照单元包括面阵相机或线阵相机。

优选的，所述取像控制脉冲信号的脉冲宽度被设置为适配所述多个拍照单元的取像触发脉冲宽度。

优选的，所述取像控制脉冲信号的脉冲频率被设置为小于或等于所述一个拍照单元的最大取像频率；或所述取像控制脉冲信号的脉冲频率被设置为小于或等于所述多个拍照单元的最大取像频率的最小值。

本发明的隧道检测车能够对隧道表面的裂缝进行自动化检测，检测效率高、可靠性好并且节省人力。

附图说明

图1A是示出根据本发明的实施例的隧道检测车的立体图；

图1B是示出根据本发明的实施例的隧道检测车的主视图；

图1C是示出根据本发明的实施例的隧道检测车的俯视图；

图1D是示出根据本发明的实施例的隧道检测车的仰视图；

图1E是示出根据本发明的实施例的隧道检测车的右视图；

图1F是示出根据本发明的实施例的隧道检测车的左视图；

图2A是示出根据本发明的图像获取装置的实施例的结构示意图；

图2B是示出根据本发明的图像获取装置的拍照单元的实施例的示意图；

图2C是示出根据本发明的上述实施例中的拍照单元分两层错位排列时其中一层拍照单元的拍摄区和照明区的示意图；

图2D是示出根据本发明的上述实施例中的拍照单元在隧道表面上的拍摄区与照明区的示意图；

图2E是示出根据本发明的上述实施例中的拍照单元分两层错位排列时两层上的拍照单元在隧道表面上的拍摄区的示意图；

图2F是示出根据本发明的两个相邻拍照单元对隧道表面进行拍摄所得的图像的示意图；

图2G-2I是示出根据本发明的拍照单元分三层错位排列的排列示例的示意图；

图2J是示出根据本发明的隧道检测车的一部分的结构示意图；

图3A是示出根据本发明的实施例的调整装置的示意图；

图3B是示出根据本发明的实施例的调整装置的示意图；

图3C是示出根据本发明的实施例的拍照单元的示意图；

图3D是示出使用根据本发明的实施例的调整装置执行照明区和拍摄区对准的过程示意图；

图3E是示出使用根据本发明的实施例的调整装置执行照明区和拍摄区对准的过程示意图；

图3F是示出使用根据本发明的实施例的调整装置执行照明区和拍摄区对准的过程示意图；

图3G是示出使用根据本发明的实施例的调整装置执行照明区和拍摄区对准的过程示意图；

图4A是根据本发明的实施例的取像同步控制装置的结构框图；

图4B是根据本发明的实施例的取像同步控制装置的结构框图；

图4C是根据本发明的实施例的取像同步控制装置的内部组件的方框图；

图5A是示出根据本发明的实施例的脉冲发生装置安装到隧道检测车的示意图；

图5B是示出根据本发明的实施例的脉冲发生装置的剖视图；

图5C是示出根据本发明的实施例的脉冲发生装置的示意图。

具体实施方式

将结合附图描述根据本发明的隧道检测车的具体实施方式。下面的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的范围由权利要求书限定。

图1A至图5C描述根据本发明的实施例的隧道检测车的组成部分。具体而言，图1A至图1F示出根据本发明的实施例的隧道检测车。图2A至图2J示出根据本发明的实施例的隧道检测车的图像获取装置。图3A至图3G示出根据本发明的实施例的图像获取装置的拍照单元。图4A至图4C示出根据本发明的实施例的取像同步控制装置。图5A至5C示出根据本发明的实施例的脉冲发生装置。

如图1A至1F所示，隧道检测车1000包括车体1100，车体1100能够在隧道内沿隧道的延伸方向行进。隧道检测车1000还包括安装在车体1100上的图像获取装置1200，图像获取装置1200用于获取隧道表面的图像。

<车体>

根据本发明的实施例，车体1100包括车身1110，如图1A所示。车身包括车身平板1111和围设在车身平板1111的边缘的框架1112。车身设计为框架架构，使得车身内的乘员可以观察到车身外的情况。优选地，框架的侧面设置有间隔布置的沿水平方向的挡板1113，以防止车体1100上的人或大型设备掉落，同时用于提高车体1100的刚度。

根据本发明的实施例，车体1100还包括用于驱动隧道检测车1000行驶的动力系统。例如，如图1D所示，动力系统包括设置在车身平板1111的下方的电机1121、电池箱1122和用于控制电机的电机控制器(未示出)。优选地，电机为直流电机。

根据本发明的实施例，车体1100还包括行驶系统1300，如图1B所示。行驶系统1300包括布置在支撑轴1133(如图1D所示)的端部的行走轮，其中，支撑轴1133通过安装架连接到车身平板1111上。例如，如图1D所示，行走轮构造两个主动轮1131和两个从动轮1132。主动轮和从动轮设置在车身平板1111上相反的两端，并且主动轮与从动轮相比更靠近电机。

根据本发明的实施例，车体1100还包括用于使车体1100减速或停止的制动系统。例如，如图1D至1F所示，制动系统包括控制主动轮转动的前刹车装置1141和控制从动轮转动的后刹车装置1142。乘员通过踩踏位于车身平板1111上方的刹车脚踏板对前刹车装置和后刹车装置施加作用力，从而对车体进行制动。优选地，主动轮前刹车装置和后刹车装置为鼓式制动器。

根据本发明的实施例，车体1100还包括用于控制车体1100的控制系统。例如，通过控制系统控制车体1100的行驶速度、转向和启动等。

根据本发明的实施例，车体1100还包括减震机构1150，如图1F所示。减震机构1150设置在车身平板1111与支撑轴1133之间，用来支持车体1100的重量。以这种方式，减震机构1150能够缓和轨道不平对车体1100的振动和冲击，减低车体各部分的动应力，并且延长隧道检测车使用寿命。

根据本发明的实施例，车体1100还包括照亮隧道的照明装置1151。如图1F所示，照明装置(例如，照明灯)设置在框架侧面的挡板1113上。

根据本发明的实施例，车体1100还包括安装在车体1100上的蜂鸣器1152。例如，当乘员未按规定操作时，蜂鸣器用于提醒乘员按照规定操作。

根据本发明的实施例，车体1100还包括安全警示装置，用于暴露该隧道检测车1000所处的位置。安全警示装置例如为设置在框架侧面的安全警示牌。或者，安全警示装置例如为设置在车体1100上的安全警示灯。

根据本发明的实施例，车体1100还包括行驶报警装置，用于在车体1100发生故障等时报警。

根据本发明的实施例，车体1100还包括防碰墩1153，如图1E和1F所示。防碰墩构造为从车体1100的侧面突出的凸起。当车体1100遭遇碰撞时，防碰墩缓和车体1100受到的冲击力，从而保护车体1100。

<图像获取装置>

根据本发明的实施例，隧道检测车1000还包括搭载在车体1100上的图像获取装置1200，如图1A所示。以下，参照图2A至图2J示出图像获取装置1200的细节。

如图2A所示，图像获取装置1200包括拍照支架2020和安装在拍照支架2020上的多个拍照单元2030。

拍照支架2020上背对拍照单元2030的一侧还可以安装有防护罩2023。如图2A所示，防护罩2023用于保护连接各拍照单元的连接总线。

当图像获取装置1200工作时，车体1100在隧道内行进，拍照单元2030对隧道表面进行拍照扫描，以获取隧道表面检测区域的图像。

如图2B所示，拍照单元2030包括用于拍摄隧道表面的检测区域的相机2031、以及照射隧道表面以为相机2031的拍摄提供照明的光源2032。另外，拍照单元2030还可以包括调整设备，调整设备具有调整装置3100，以用于调整相机2031的拍摄区与光源2032的照明区的位置。通过调整装置3100的调整，可使相机2031的拍摄区落到光源2032的照明区的中央区域(参考图2C)，此时相机的拍摄图像最亮。这里，作为一个例子，相机2031采用线阵相机，光源2032采用线型光源。

拍照支架2020形成为与隧道内表面形状相适应的形状，例如对于环形隧道，可以是环形。多个拍照单元2030沿着呈扇形依次布置在拍照支架2020上，由此使得各拍照单元2030到隧道表面的距离基本相同。如此配置可使得在专用调试平台上调整相机的光圈、焦距以及光源的照射距离时，可同时将上述参数调整在相同的范围内，以实现安装过程中各拍照单元的互换性。

并且，多个拍照单元2030在车体1100的行进方向X上分层错位排列，以使任意两个拍照单元2030中的一个所述拍照单元2030的相机2031在隧道表面上的拍摄区与另一个拍照单元2030的光源2032在隧道表面上的照明区不重叠。由此，相机2031在隧道表面上的拍摄区不受其他光源2032光照的干扰，拍摄区的亮度均匀，从而可获得画质均匀的图像。

另外，优选将多个拍照单元2030布置成将各拍照单元2030的拍摄区投影到与检测车的行进方向X垂直的投影面而形成的投影区域能够覆盖检测区域在投影面上的投影区域。这样，能够使得相机的视野覆盖整个检测区域，能够获得全面的图像，而不会产生拍摄死角。

下面在图2A、图2B的基础上再结合图2C至图2F对拍照单元的排列方式进行更详细说明。

图2C是示出根据本发明的上述实施例中的拍照单元分两层错位排列时其中一层拍照单元的拍摄区和照明区的示意图。图2D是示出根据本发明的上述实施例中的拍照单元在隧道表面上的拍摄区与照明区的示意图。图2E是示出根据本发明的上述实施例中的拍照单元分两层错位排列时两层上的拍照单元在隧道表面上的拍摄区的示意图。图2F是示出根据本发明一个实施例的两个相邻拍照单元对隧道表面进行拍摄所得的图像的示意图。

图2A中，各拍照单元2030在车体1100的行进方向X上分两层错位排列。具体地，拍照支架2020上形成有用于安装拍照单元2030的多个第一层安装部2021和多个第二层安装部2022，第一层安装部2021和第二层安装部2022交替排列。安装在第一层安装部2021上的拍照单元2030与安装在第二层安装部2022上的拍照单元2030在车体1100的行进方向X上以预设的层间距b2(参考图2D)间隔。

另外，如图2C所示，同一层上相邻拍照单元在环绕检测车的行进方向X的方向Y上彼此间隔给定距离设置。这里的给定距离与相机的所述拍摄区在Y方向上的长度、拍照单元分层排列的层数有关。本领域技术人员可根据这些参数设定合适的拍照单元间的给定距离。

图2D示出了各拍照单元分两层错位排列时拍照单元在隧道表面上的拍摄区A1、A2、A3和照明区B1、B2、B3。

在图2D中，I代表第一层上的拍照单元的拍摄区和照明区，II代表第二层上的拍照单元的拍摄区和照明区。优选地，拍照单元2030所排列的第一层和第二层的层间距b2大于光源2032在隧道表面上的照明区在检测车的行进方向X上的宽度b1。如此设置能够使得各光源2032的照明区在车体的行进方向上不重叠，从而可保证排列在不同层上的相邻两个拍照单元2030中的一个拍照单元的相机2031的拍摄区不会与另一个拍照单元2030的光源2032的照明区重叠。

图2E示出了拍照单元分两层错位排列时两层上的拍照单元在隧道表面上的拍摄区，其中，I代表第一层上的拍照单元2030所形成的拍摄区，II代表第二层上的拍照单元2030所形成的拍摄区。在对隧道表面的检测区域进行一次拍照扫描中，每个拍照单元只能拍摄到其在隧道表面上的拍摄区宽度的图像，因此通常需要将这些图像拼接成隧道表面检测区域的图像。本实施例中的多台拍照单元2030如图2E所示那样配置，使得在将每个所述拍照单元2030的所述拍摄区投影到与所述检测车的行进方向X垂直的投影面而形成的投影区域中，相邻的投影区域部分重叠。由此，各拍照单元2030在隧道表面上的拍摄区投影到与车体1100的行进方向X垂直的投影面而形成的投影区域能够覆盖隧道表面检测区域在该投影面上的投影区域，从而隧道表面的检测区域的图像能够被完整地采集到。如图2F所示，如此布置时的两个相邻拍照单元所拍得的图像中存在重叠区域C。通过在该重叠区域C，能够更切实地实现隧道表面图像的无缝拼接。

在上述实施例中，各拍照单元2030在拍照支架2020上的错位排列更加有利于各拍照单元2030的安装和调试。

在本实施例中，拍照单元在车体行进方向上分两层错位排列，但是，拍照单元的排列不限于两层，也可以三层或更多层。例如，作为另一实施例，各拍照单元在检测车的行进方向上也可以分三层错位排列。分三层排列的方式可以有很多种，只要安装在三层中的不同层上的各拍照单元在检测车的行进方向上以预设的层间距间隔，以使任意两个拍照单元中的一个拍照单元的相机在隧道表面上的拍摄区与另一个拍照单元的光源在隧道表面上的照明区不重叠，并且同一层上的拍照单元彼此不相邻。

例如，作为分三层排列的具体方式，可举出图2G～图2I的例子进行说明。图2G～图2I是示出根据本发明的拍照单元分三层错位排列的具体例的示意图。图中，X方向检测车的行进方向，I为第一层，II为第二层，III为第三层。按图中六个拍照单元的排列为一个排列周期在拍照支架2020上重复排列，从而形成拍照单元分三层错位排列的结构。分三层错位排列的各拍照单元的设置方式及原则可参照分两层错位排列的各拍照单元的设置方式及原则，此处不再赘述。

需要说明的是，相机拍摄的有效长度等于相机的拍摄长度减去拍照单元错位排列时在检测车行进方向上错开的距离。相机的扫描长度为L，当错位排列的层数越多，沿隧道延伸方向错开的距离会大，相机拍摄的有效长度为L1越小。

在本实施例中，拍照支架形成为环形支架。但拍照支架也可以不是环形支架，可以是任意形状，例如矩形、方形、梯形等等，也可以是不规则形状。另外，在本实施例中，拍照支架的形状形成为与隧道内表面形状相适应地形成，但这是为容易配置拍照单元而优选的，并不是必须的。

另外，本实施方式中，多个拍照单元被配置成其与隧道表面的距离基本相同。如此配置可使得在专用调试平台上调整相机的光圈、焦距以及光源的照射距离时，可同时将上述参数调整在相同的范围内，以实现安装过程中各拍照单元的互换性。但将多个拍照单元配置成其与隧道表面的距离基本相同仅仅是一个优选方式，也可以多个拍照单元到隧道表面的距离也可以不相同。

另外，本实施例的图2A中的拍照单元2030的数量只是示意性地示出，并不起限定的作用。本领域技术人员可以根据需要合理地设置。

在本实施例中，示出了由一个光源为一个相机提供照明的例子。但不限于此，也可以设置成一个光源为多个相机提供照明，也可以设置成由多个光源构成的阵列光源为一个光源提供照明。

在本实施例中，拍照单元被调整为相机的拍摄区位于光源的照明区的中央区域。但不限于此，也可以根据光源类型、相机类型等等进行设定。

在本实施例中，相机采用了线阵相机，光源采用了线型光源。但不限于此，本领域技术人员能够想到还可以采用其他类型的光源、相机。例如，相机也可以是面阵相机。光源也可以是LED照明。

图2J示出了根据本发明的隧道检测车的一个实施例的示意图。拍照支架2020也可以经由减震装置2050(参考图2A)安装在车身平板1111上，以缓解检测车行驶过程中产生的震动对拍照的影响。减震装置2050优选JS-N型橡胶减振器，JS-N型橡胶减振器可通过螺栓与车体1100连接，拍照支架2020连接在JS-N型橡胶减振器上。但是，减震装置2050不限于这样的橡胶减振器，还可以是弹簧减震器等可起到缓冲吸震作用的任何型式的减震器。

本发明适用于对狭长表面进行拍摄扫描和检测，例如适于地铁隧道、公路隧道、公路表面、管道等的表面检测等。

<调整设备>

以下，参照图3A至3G和图2C详细描述根据本发明的实施例的调整设备。调整设备设置在拍照单元2030中，以用于调节相机和光源之间的相对位置，使相机的拍摄区位于光源的照明区的中央。调整设备包括安装相机和光源的L型板以及调整装置3100。

图3A是根据本发明的实施例的调整装置3100的示意图。该调整装置3100能够使与其相连接的部件实现X方向的平移和XY平面内的旋转。

图3B是根据本发明的实施例的L型板连接到拍照单元的调整装置3100的示意图。调整装置3100包括旋转调整组件3001和平移调整组件3002。

根据本发明的实施例，旋转调整组件3001在平移调整组件3002上方并与平移调整组件3002相连。平移调整组件3002在发生平移运动时，旋转调整组件1也会随着平移调整组件3002的平移而平移。

根据本发明的实施例，平移调整组件3002包括齿轮(图中未显示)、齿轮旋钮3021、齿条3022、滑块3024和滑道3025。齿轮和齿轮旋钮3021相连接，齿轮与齿条3022相配合，齿条3022位于滑道3025内，滑块3024在齿条3022和滑道3025上，齿轮旋钮3021和滑块3024连接在一起，齿轮在滑块3024内。转动齿轮旋钮3021会使得齿轮在齿条3022上转动，与此同时，齿轮和齿轮旋钮3021一起在滑道3025上平移。由于滑块3024和齿轮旋钮连接在一起，滑块3024也在滑道3025上沿如图3A中X方向平移。

优选地，平移调整组件3002还包括平移锁紧螺栓3023。平移锁紧螺栓3023能够锁紧平移调整组件3002的平移运动。

根据本发明的实施例，旋转调整组件3001包括蜗杆旋钮3011、蜗杆(图中未显示)和蜗轮3012、蜗轮蜗杆箱体3014，蜗杆和蜗杆旋钮3011相连接，蜗杆和蜗轮3012相配合，蜗杆和蜗轮3012装入蜗轮蜗杆箱体3014内，转动蜗杆旋钮3011使蜗杆转动，从而带动与蜗杆相配合的蜗轮3012在如图3A中XY平面内转动，使得与蜗轮3012相连接的连接板3003也产生在如图3A中XY平面内的转动。

优选地，旋转调整组件3001还包括旋转锁紧螺栓3013。旋转锁紧螺栓3013能够锁紧旋转调整组件3001的转动。

调整装置3100中的平移调整组件3002包括齿轮和齿条，在本发明中的齿轮和齿条配合中，设计为较大传动比，以提高相机2031的拍摄区和光源2032的对准效率。

调整装置3100中的旋转调整组件3001包括蜗轮和蜗杆，在本发明中的蜗轮和蜗杆配合中，设计为较大传动比，以提高相机2031的拍摄区和光源2032的对准效率。

再次返回到图2C，图2C是相机2031和光源2032连接到本发明的拍照单元的调整装置3100上的示意图。根据本发明的实施例，相机2031通过第一L型板3041连接到连接板3003上，从而与调整装置3100相连接，由调整装置3100实现相机2031沿图3A中X方向的平移和在XY平面内的旋转。

优选地，相机2031可以在第一L型板3041上实现景深微调，可以在第一L型板3041上前后移动。

根据本发明的实施例，光源2032通过第二L型板3042固定。

优选地，光源2032可以在第二L型板3042上实现景深微调，可以在第二L型板上前后移动。

优选地，相机2031的纵向轴线和光源2032的纵向轴线在同一个平面内。

优选地，相机2031的纵向轴线和光源2032的纵向轴线均垂直于调整装置3100的平移调整组件3002的平移方向。

图3C是本发明的实施例的拍照单元安装有安装板3007和防护板3008的示意图。

根据本发明的实施例，拍照单元上的安装板3007可以用于固定调整装置3100、相机2031、光源2032和第二L型板3042。安装板3007便于拍照单元各个部件的安装和固定。

根据本发明的实施例，拍照单元还包括防护板3008，防护板3008包括前面板3081、后面板3082和侧板。防护板3008能够保护相机2031和光源2032不受到损坏，保证拍照单元使用更长久。

优选地，前面板为光学防护玻璃前面板。

优选地，侧板为铝合金防护罩。

图3D至图3G是示出根据本发明的实施例的使用调整装置3100对准照明区和拍摄区的示意图，其中，以线阵相机和线型光源为例。

如图3D所示，当光源2032的照明区和相机2031的拍摄区不重合有夹角时，相机2031拍摄到的图像只有一小段是亮的。

此时，先松开旋转锁紧螺栓3013和平移锁紧螺栓3023。

首先，旋转蜗杆旋钮3011，蜗杆旋钮3011转动时，与蜗杆旋钮3011相连接的蜗杆转动，从而带动与蜗杆相配合的蜗轮3012转动。相机5固定在第一L型板3041上，第一L型板3041通过连接板3003与蜗轮3012相连接。因此，相机2031会随着蜗轮3012转动而转动。

如图3E所示，通过旋转螺杆旋钮3011，光源2032的照明区和相机5的拍摄区之间的夹角变小。

如图3F所示，直到相机2031的拍摄图像中一小段亮的区域变成整个区域亮度基本一致。此时，说明光源2032的照明区已经与相机2031的拍摄区平行，停止旋转螺杆旋钮3011，并且锁紧旋转锁紧螺栓3013。

然后，旋转齿轮旋钮3021，齿轮旋钮3021转动时，与齿轮旋钮3021相连接的齿轮转动，从而带动滑块3024与齿轮一起在滑道3025上平移。相机2031固定在第一L型板3041上，第一L型板3041通过连接板3003和蜗轮蜗杆箱体3014与滑块3024相连接，因此，相机2031会随着滑块3024沿滑道3025的平移而平移。

如图3G所示，当相机2031的拍摄图像最亮时，说明此时光源2032的照明区已经与相机2031的拍摄区对准，停止旋转齿轮旋钮3021，并且锁紧平移锁紧螺栓3023。

在对准相机2031的拍摄区和相机2032的照明区时，对准步骤不限于上述顺序。例如，可能只通过调整装置3100的旋转调整组件3001就能实现拍摄区和照明区的对准，而不必使用调整装置3100的平移调整组件3002。又例如，可能只通过调整装置3100的平移调整组件3002就能实现拍摄区和照明区的对准，而不必使用调整装置3100的旋转调整组件3001。

本领域技术人员应当理解，相机2031和调整装置3100之间的连接件3004不限于L型板。根据本领域技术人员的理解，能够将相机2031连接到调整装置3100上的任何连接件均可采用。

本领域技术人员应当理解，光源2032的安装固定部件不限于L型板。根据本领域技术人员的理解，能够将光源2032安装固定的任何部件均可采用。

本领域技术人员应当理解，相机2031和光源2032的位置不限于如图3C所示的位置。例如，相机2031可以连接到第二L型板，光源2032可以连接到第一L型板。

本领域技术人员应当理解，调整装置3100的平移调整组件3002不限于采用齿轮齿条配合。根据本领域技术人员的理解，能够实现直线运动的机构均可采用，例如曲柄滑块机构。

本领域技术人员应当理解，调整装置3100的旋转调整组件3001不限于采用蜗轮-蜗杆配合的机构。根据本领域技术人员的理解，能够实现转动运动的机构均可采用，例如齿轮-齿轮配合的机构。

本领域技术人员应当理解，平移调整组件中3002的平移锁定部件不限于平移锁紧螺栓。根据本领域技术人员的理解，能够将平移调整组件3002的平移运动锁紧的任何部件均可采用。

本领域技术人员应当理解，旋转调整组件3001中的旋转锁定部件不限于平移锁紧螺栓。根据本领域技术人员的理解，能够将旋转调整组件的旋转运动锁紧的任何部件均可采用。

<取像同步控制装置>

根据本发明的实施例，隧道检测车还包括取像同步控制装置5000。取像同步控制装置安装在车体1100上，用于使多个拍照单元2030同步采集图像。下面参照图4A至图4C详细说明根据本发明的实施例的取像同步控制装置。

如图4A所示，取像同步控制装置包括：主控计算机5100、触发控制单元5200和图像采集单元5300。

触发控制单元5200用于接收主控计算机5100的取像指令，并且将取像控制脉冲信号同步发送至多个拍照单元2030，其中，每个取像控制脉冲信号触发多个拍照单元曝光一次，获取一帧图像；而且，触发控制单元5200可以通过增强脉冲信号来提高驱动的拍照单元2030的数量。在一种实施例中，取像控制脉冲信号的脉冲宽度设置为适配多个拍照单元的取像触发脉冲宽度。在一种实施例中，取像控制脉冲信号的脉冲频率被设置为小于或等于一个拍照单元2030的最大取像频率；或取像控制脉冲信号的脉冲频率被设置为小于或等于多个拍照单元2030的最大取像频率的最小值。

每个图像采集单元5300被配置为由具有磁盘阵列的计算机、图像采集卡和采集控制软件组成的设备。图像采集单元5300用于采集所对应的拍照单元2030输出的图像数据，并且以预设格式作为文件名进行存储。在一种实施例中，预设格式为至少以下一项：图像采集单元编号的格式；任意字符串与图像采集单元编号的格式；任意字符串、间隔符(例如空格、下划线，可以起到间隔作用的标识符号)与图像采集单元编号的格式；其中，每个图像采集单元编号为根据多个拍照单元的空间位置按照一定方向顺次编号。通过以预设格式进行存储的方式提高了后续通过图像采集单元编号(图像采集单元编号对应着图像的相对位置)调用与拼接图像的高效性。

拍照单元2030可以是数字式相机，例如使用CCD或者CMOS元件作为感光元件的相机。在一种实施例中，拍照单元2030包括面阵相机或线阵相机。拍照单元2030每次曝光时拍摄目标对象上的一段线状区域(例如宽度小于1毫米的区域)。在一种实施例中，拍照单元2030具备外触发的电子快门，并且接受由触发控制单元5200控制其取像的操作。

图4B示出了根据本发明的示例性实施例，用于对隧道的内表面进行取像的取像同步控制装置中触发控制单元5200的结构示意图。触发控制单元5200包括驱动与信号分配单元5201用于接收触发控制单元5200发出的脉冲信号，并且生成对多个拍照单元2030进行驱动的驱动信号。在一种实施例中，触发控制单元，还可以包括级联驱动与信号分配单元5202，级联驱动与信号分配单元5202可以为一个或者多个，用于接收通过驱动与信号分配单元5201转发的脉冲信号，并且生成对多个拍照单元2030(连接在级联驱动与信号分配单元5202上)进行驱动的驱动信号；其中，驱动与信号分配单元5201包括用于将脉冲信号发送给级联驱动与信号分配单元5202的级联信号输出接口。

取像同步控制装置中各个部件之间的连接可以采用多种形式，既可以是有线连接，也可以是无线连接。

综上所述，根据本发明实施例提供的取像同步控制装置可以包括：主控计算机、触发控制单元和多个图像采集单元；触发控制单元用于接收主控计算机的取像指令，并且将取像控制脉冲信号同步发送至多个拍照单元，其中，每个取像控制脉冲信号触发多个拍照单元曝光一次，获取一帧图像；多个图像采集单元，用于采集所对应的拍照单元中的取像数据，并且以预设格式的文件名进行存储；其中，触发控制单元、以及多个图像采集单元由主控计算机通过运行主控软件进行监控；主控计算机通过通讯网络(通讯网络可以包括RS-485总线或以太网)与触发控制单元、以及多个图像采集单元连接。根据本发明的实施例，可以精确控制多个相机的曝光时间，保证多个相机获取的影像在时间、空间上的一致性。

根据本发明的实施例，取像同步控制装置的工作类型分为启动取像与停止取像。

启动取像为每次取像为从主控计算机向所有图像采集单元发出带有文件名的开始取像指令；图像采集单元收到取像指令后启动图像采集操作并以收到的文件名、间隔符与该图像采集单元编号为文件名的形式进行存储，同时向主控计算机发回开始取像应答；其中，图像采集单元收到取像命令的时间虽然有先后，但此时由于拍照单元没有触发信号，拍照单元并没有图像数据输出给采集卡。当主控计算机收到所有图像采集单元的开始取像应答后，向触发控制单元发送开始取像指令；触发控制单元收到取像指令后开始将触发信号输出给各图像采集单元的拍照单元(或者给采集卡，采集卡再触发拍照单元)，在触发信号的控制下，拍照单元产生曝光并将图像数据送给采集卡后进行存储。

停止取像为从主控计算机向触发控制单元发送停止取像指令；触发控制单元收到停止取像指令命令后，停止触发信号的输出，之后向主控计算机发回停止取像应答，当拍照单元接收不到触发信号时，拍照单元不再产生曝光和图像输出；主控计算机在收到触发控制单元的停止取像应答后，向所有图像采集单元发送停止取像指令，图像采集单元收到停止取像指令后，停止图像采集、关闭存储文件。

通过本发明提出的取像同步控制装置，可以实现多台拍照单元高速图像采集的精确同步，随意控制启、停采集及其存储的文件名，且控制简单、方便；而且，虽然拍照单元高速拍摄时要求的存储带宽很高，但各拍照单元的存储独立进行，带宽需求没有叠加效应。

本发明的各个部件可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。图4C是根据本发明的实施例，可用于实现取像同步控制装置的内部组件的方框图。该取像同步控制装置例如可以是工作站。该取像同步控制装置包括总线5409，用于连接下述各个组件。该取像同步控制装置包括处理器5405，处理器5405例如可以是分别具有一个或多个处理核心的一个或多个中央处理单元(CPU)，或者一个或多个图形处理单元，或者其他处理元件，例如数字信号处理器(DSP)。该取像同步控制装置可以包括缓存5406，缓存可以耦合到处理器5405或者集成到处理器5405中作为其组成部分。该取像同步控制装置可以包括系统存储器，例如只读存储器(ROM)5403和随机存取存储器(RAM)5404。该取像同步控制装置还可以包括存储设备(也称为外部存储器)5402，存储设备5402可以是非易失性计算机可读介质，例如光盘、磁盘(例如硬盘或软盘驱动器)、磁光盘、闪存等。数据可以从存储设备5402、ROM 5403或RAM 5404拷贝到缓存5406，以免处理器5405等待数据所造成的延迟并从而改善总体性能。

该取像同步控制装置可以包括至少一个输入设备5401，用于用户与该处理装置之间的交互。输入设备5401例如可以包括键盘、鼠标、运动输入器件、图像捕捉元件、重力传感器、声音接收元件、触摸屏等。该取像同步控制装置还可以包括至少一个输出设备5408。输出设备5408可以是本领域公知的输出机构，例如扬声器、蜂鸣器、闪光灯、图像投影单元、振动输出元件、屏幕或触摸屏等。该取像同步控制装置还可以包括用于以有线或无线方式进行数据通信的通信接口5407。例如，通信接口5407可以包括基于各种蜂窝协议、WiFi、蓝牙、红外或近场通信(NFC)而发送和接收数据的天线，和/或包括基于USB(包括micro-USB、mini-USB等)、FireWire、HDMI、Lightening等协议的硬件插口。

<脉冲发生装置>

下面，参照附图5A至5C详细描述根据本发明的实施例的脉冲发生装置。脉冲发生装置1400安装在车身平板1111的下方，如图1B所示。脉冲发生装置用于测定隧道检测车沿隧道的延伸方向上的位移，并且脉冲发生装置生成的脉冲信号还作为触发拍照单元中的相机拍摄的信号源。

如图5A所示，脉冲发生装置1400包括随动轮4010，与随动轮4010通过联轴器连接的编码器4020。当随动轮4010旋转，编码器4020与随动轮4010同步转动以根据随动轮4010的角度变化生成脉冲信号。当利用该隧道检测车1000对隧道表面进行检测时，脉冲发生装置1400中的随动轮4010与隧道检测车1000的行走轮相啮合并驱动随动轮4010旋转。

利用上述的方案，当隧道检测车1000的行走轮旋转，与行走轮啮合的随动轮4010随之旋转。由于随动轮4010的直径小于行走轮的直径，当行走轮旋转一圈，随动轮4010转过多圈。当随动轮4010转过与行走轮相同的位移时，编码器4020发出的脉冲数增加，从而可实现高精度的拍摄。

与随动轮4010相啮合的部件不仅限于隧道检测车1000的行走轮，例如，可以是在隧道检测车1000上运动的传送带。另外，还可以是地面。

图5B是示出根据本发明的脉冲发生装置的一个实施例的剖视图。如图5B所示，脉冲发生装置1400还包括套筒4040和连接在套筒4040上的曲柄4050，随动轮4010可相对套筒4040和曲柄4050旋转。具体地，随动轮4010的轴5011上套装有套筒4040，曲柄4050固定连接在套筒4040上，随动轮4010和套装4040之间安装有轴承，以实现随动轮4010相对套筒4040和曲柄4050旋转。通过套筒4040和曲柄4050的设置，改善了现有技术中由于编码器安装在支撑轴1133上对图像获取不利的影响因素。

脉冲发生装置1400连接在隧道检测车1000上，其连接结构有多种实施例。根据本发明的实施例，脉冲发生装置1400可通过曲柄4050直接安装在隧道检测车1000上，曲柄4050在隧道检测车1000上的安装位置可根据行走轮和随动轮4010的中心距来确定，然后将曲柄50固定在隧道检测车1000体上使随动轮4010与行走轮保持接触。

根据本发明的优选实施例，如图5C所示，图5C是示出根据本发明的实施例的脉冲发生装置的示意图。脉冲发生装置1400包括安装支架4060，曲柄4050安装在安装支架4060上并可相对隧道检测车1000摆动。具体地，安装支架4060上设有固定孔4061和铰接轴4062，固定孔4061用于安装支架4060与隧道检测车1000的连接，铰接轴4062用于与曲柄4050铰接。当安装支架4060固定安装在隧道检测车1000上后，铰接轴4062插入曲柄4050的安装孔5051内，以此实现曲柄4050绕铰接轴4062的摆动。如此设置后，随动轮4010可通过曲柄4050的摆动使脉冲发生装置1400适应与行驶轮、地面以及传送带的距离的变化。尤其地，当脉冲发生装置1400与凹凸不平地面啮合时，曲柄4050的摆动可以用于缓和随动轮4010与地面接触时的刚性冲击。

进一步地，如图5C所示，曲柄4050的一端还设置有弹簧4030，弹簧4030可拉动曲柄4050，使得随动轮4010与行走轮之间保持适当的啮合力。

此外，保持随动轮4010与行走轮的啮合的方案还有其它实施例，例如，可将随动轮4010设置在行走轮的上方，利用随动轮4010的自重保持啮合。

本发明提供的脉冲发生装置1400，随动轮4010优选橡胶轮，橡胶轮可减小噪音，起到缓冲吸震的作用。当然，随动轮也可以是塑料的。

如前所述，尽管说明中已经参考附图对本发明的示例性实施例进行了说明，但是本发明不限于上述各具体实施方式，还可以有许多其他实施例方式，本发明的范围应当由权利要求书及其等同含义来限定。

Claims (10)

1.一种隧道检测车，其包括：

车体，其能够在隧道内沿所述隧道的延伸方向行进；

图像获取装置，其安装在所述车体上并且用于获取隧道表面的图像，所述图像获取装置包括：

拍照支架，所述拍照支架安装在所述车体上；以及

多个拍照单元，每个拍照单元包括用于拍摄所述隧道表面的检测区域的相机、以及照射所述隧道表面的所述检测区域以为所述相机的拍摄提供照明的光源，其中

所述多个拍照单元依次布置在所述拍照支架上，并且在所述车体的行进方向上分两层或更多层错位排列，以使任意两个所述拍照单元中的一个所述拍照单元的所述相机在所述隧道表面上的拍摄区与另一个所述拍照单元的所述光源在所述隧道表面上的照明区不重叠，每个所述拍照单元的所述拍摄区投影到与所述车体的行进方向垂直的投影面而形成的投影区域中，相邻的投影区域部分重叠。

2.根据权利要求1所述的隧道检测车，其中，所述多个拍照单元被布置成，将各拍照单元的所述拍摄区投影到与所述车体的行进方向垂直的投影面而形成的投影区域能够覆盖所述检测区域在所述投影面上的投影区域。

3.根据权利要求1所述的隧道检测车，其中，所述拍照单元被错位排列的所述两层或更多层的相邻两层的层间距大于所述光源的所述照明区在所述车体的行进方向上的宽度。

4.根据权利要求1所述的隧道检测车，其中，所述拍照单元在所述车体的行进方向上分两层错位排列。

5.根据权利要求1所述的隧道检测车，其中，所述多个拍照单元在所述车体的行进方向上分三层错位排列。

6.根据权利要求1所述的隧道检测车，其中，所述多个拍照单元还包括安装在所述拍照单元内的调整设备，所述调整设备用于调节所述相机和所述光源之间的相对位置，使所述相机的所述拍摄区位于所述光源的所述照明区的中央，所述调整设备包括：

第一支架，所述第一支架用于安装所述相机和所述光源中的一者；

第二支架，所述第二支架用于安装所述相机和所述光源中的另一者；和

调整装置，其中，所述第一支架连接到所述调整装置，所述调整装置能够旋转和平移所述第一支架，所述调整装置包括：

旋转调整组件，所述旋转调整组件能够带动所述第一支架旋转；和

平移调整组件，所述平移调整组件能够带动所述第一支架平移；

当所述相机和所述光源安装到所述第一支架和所述第二支架之后，所述相机和所述光源各自的纵向轴线相互平行。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的隧道检测车，其中，所述多个拍照单元被配置成其到所述隧道表面的距离基本相同。

8.根据权利要求1至6任一项所述的隧道检测车，其中，所述相机为线阵相机，所述光源为线型光源。

9.根据权利要求1至6任一项所述的隧道检测车，还包括安装在所述车体上的取像同步控制装置，所述取像同步控制装置包括：主控计算机、触发控制单元和多个图像采集单元；

所述触发控制单元，用于接收所述主控计算机的取像指令，并且将取像控制脉冲信号同步发送至所述多个拍照单元，其中，所述每个取像控制脉冲信号触发所述多个拍照单元曝光一次，获取一帧图像；

所述多个图像采集单元，用于采集所对应的所述拍照单元输出的图像数据，并且以预设格式的文件名进行存储；

其中，所述触发控制单元和所述多个图像采集单元由所述主控计算机通过运行主控软件进行监控；所述主控计算机通过通讯网络与所述触发控制单元和所述多个图像采集单元连接。

10.根据权利要求9所述的隧道检测车，还包括安装在所述车体上的脉冲发生装置，所述脉冲发生装置用于测定所述车体行进的位移并且用于生成所述脉冲信号，所述脉冲信号作为触发所述拍照单元中的所述相机拍摄的信号源，所述脉冲发生装置包括：

随动轮，其与所述车体的车轮啮合；

编码器，其通过联轴器与所述随动轮连接，当所述随动轮旋转时，所述编码器与所述随动轮同步转动以根据所述随动轮的角度变化生成脉冲信号。