CN106627317B

CN106627317B - 一种公路隧道表观病害采集车

Info

Publication number: CN106627317B
Application number: CN201710001878.0A
Authority: CN
Inventors: 刘学增; 朱爱玺
Original assignee: SHANGHAI TONGYAN CIVIL ENGINEERING TECHNOLOGY CO LTD; Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2017-01-03
Filing date: 2017-01-03
Publication date: 2020-10-13
Anticipated expiration: 2037-01-03
Also published as: CN106627317A

Abstract

本发明涉及一种公路隧道表观病害采集车，包括：图像采集模块，用于采集隧道衬砌和路面的表观影像数据；激光扫描模块，用于对隧道轮廓进行全断面扫描，获取隧道轮廓数据；环境检测模块，用于对隧道内环境数据进行采集；控制模块，分别连接所述图像采集模块、激光扫描模块和环境检测模块，用于接收并存储各模块采集的数据，该控制模块包括通过交换机连接的主控电脑和工控机；供电模块，分别连接所述图像采集模块、激光扫描模块、环境检测模块和控制模块，用于整个系统的供电；所述图像采集模块、激光扫描模块、环境检测模块、控制模块和供电模块均安装于一厢式货车上。与现有技术相比，本发明具有检测范围广、功能全面、使用方便等优点。

Description

一种公路隧道表观病害采集车

技术领域

本发明涉及一种公路隧道检测装置，尤其是涉及一种公路隧道表观病害采集车。

背景技术

我国公路隧道的建设和研究取得了飞速的发展，对隧道安全的监测也刻不容缓。常见的隧道病害包括：变形侵限、裂缝、渗漏水、错台、掉块、坍塌、基底翻浆冒泥、下沉、底鼓、衬砌背后空洞等，这些病害给隧道安全带来了极大的隐患，对这些病害的检测是隧道研究的关键问题。

目前我国对隧道病害的采集主要依靠人工记录和隧道病害检测车两类。人工检测由工人进行现场观测后画出隧道内的病害图，具有一定的主观性，且危险程度高。目前开发的隧道病害检测车，一般只针对隧道裂缝，渗漏水，空洞等两三种指标进行检测，检测目标范围也只局限于衬砌，检测指标较为单一，检测目标不够广泛；且检测车的内部构造不够灵活，无法根据需要安装对应的设备，难以满足隧道监测全方位的无死角的高检测要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种检测范围广、功能全面、使用方便的公路隧道表观病害采集车。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种公路隧道表观病害采集车，包括：

图像采集模块，用于采集隧道衬砌和路面的表观影像数据；

激光扫描模块，用于对隧道轮廓进行全断面扫描，获取隧道轮廓数据；

环境检测模块，用于对隧道内环境数据进行采集；

控制模块，分别连接所述图像采集模块、激光扫描模块和环境检测模块，用于接收并存储各模块采集的数据，该控制模块包括通过交换机连接的主控电脑和工控机；

供电模块，分别连接所述图像采集模块、激光扫描模块、环境检测模块和控制模块，用于整个系统的供电；

所述图像采集模块、激光扫描模块、环境检测模块、控制模块和供电模块均安装于一厢式货车上。

所述图像采集模块包括与工控机连接的工业相机阵列以及分别与交换机连接的洞门摄像机组和路面摄像机组。

所述工业相机阵列还连接有补光灯。

所述激光扫描模块包括分别与交换机连接的激光扫描仪和激光测距仪。

所述主控电脑内设置有水冷散热器。

所述厢式货车从车头到车尾依次分为前舱控制部、中舱设备安装部和尾舱设备安装部，所述控制模块设置于前舱控制部内，所述图像采集模块、激光扫描模块、环境检测模块和供电模块分布设置于中舱设备安装部和尾舱设备安装部内。

所述中舱设备安装部包括滑动舱门、设备支架和舱门驱动器，所述舱门驱动器与滑动舱门连接，所述设备支架设置于由滑动舱门和厢式货车地板形成的空间内，所述厢式货车地板上设有供滑动舱门滑动的导轨和用于放置连接电线的线槽。

所述尾舱设备安装部由上至下分为设备安装舱和供电舱，所述设备安装舱包括移动滑门和可拆卸面板，所述设备安装舱内设置有机械臂平台，所述移动滑门连接有滑门驱动器，所述可拆卸面板上设置有作为图像采集模块视窗的玻璃窗口，所述供电舱包括上翻式舱门。

所述厢式货车车顶设置有用于安装车顶设备的预留工作平台。

所述采集车还包括与交换机连接的里程定位模块，该里程定位模块包括测距轮传感器和GPS。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、检测范围广，不仅能对衬砌的裂缝、渗漏水、剥落情况进行监测，还能对洞口、洞门、路面、检修道、排水系统、吊顶、内装饰的异常状况进行检测，全方位保证公路隧道的安全性；

2、功能全面，对隧道的纵向照度、风速、隧道轮廓、照明通风、消防设备状态、电缆配电箱过热等指标进行检测，有效防止设备工作异常引起的隧道安全隐患；

3、设备灵活，本发明的主体为一厢式货车，通过对厢式货车的改装，根据实际设备安装要求加工厢体，能适应各种不同的检测需求；

4、使用方便，本发明通过对厢式货车的改造，将采集设备安装于改造后的厢式货车内，同时设置了滑动舱门、移动滑门、机械臂平台等结构，可方便地使用采集设备。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明图像采集模块的连接示意图；

图3为本发明厢式货车的整体示意图；

图4为本发明厢式货车的侧视图；

图5为本发明厢式货车车尾示意图；

图6为本发明厢式货车车厢内部剖面图；

图7为本发明厢式货车车厢顶部示意图；

图8为本发明工业相机阵列安装位置及角度示意图；

图中，1、图像采集模块，2、激光扫描模块，3、环境检测模块，4、控制模块，5、供电模块，101、工业相机阵列，102、补光灯，103、洞门摄像机组，104、路面摄像机组，201、激光扫描仪，201、激光测距仪，301、照度摄像机，302、风速仪，401、主控电脑，402、交换机，403、工控机，404、IO卡，405、图像采集卡，501、发电机，502、UPS，601、测距轮传感器，602、GPS，701、前舱控制部，702、中舱设备安装部，703、尾舱设备安装部，704、操作台，705、座椅，706、开放式机柜，707、滑动舱门，708、设备支架，709、移动滑门，710、可拆卸面板， 711、玻璃窗口，712、供电舱，713、预留工作平台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1-图2所示，本实施例提供一种公路隧道表观病害采集车，包括图像采集模块1、激光扫描模块2、环境检测模块3、控制模块4和供电模块5，其中，图像采集模块1用于采集隧道衬砌和路面的表观影像数据；激光扫描模块2用于对隧道轮廓进行全断面扫描，获取隧道轮廓数据；环境检测模块3用于对隧道内环境数据进行采集；控制模块4分别连接图像采集模块1、激光扫描模块2和环境检测模块3，用于接收并存储各模块采集的数据，该控制模块4包括通过交换机402连接的主控电脑401和工控机403；供电模块5分别连接图像采集模块1、激光扫描模块2、环境检测模块3和控制模块4，用于整个系统的供电；图像采集模块1、激光扫描模块2、环境检测模块3、控制模块4和供电模块5均安装于一厢式货车上。

图像采集模块1包括与工控机403连接的工业相机阵列101以及分别与交换机 402连接的洞门摄像机组103和路面摄像机组104。工业相机阵列101还可连接有补光灯102。工业相机阵列101拍摄范围覆盖整个隧道断面来进行图像采集，同时利用补光灯102对其进行补光，以满足运动拍摄时的亮度要求。

本实施例中，工业相机阵列101可根据拍摄距离远近采用75mm、85mm、100mm 三种焦距的镜头，使图像采集精度达到0.2～0.4mm/pix。补光灯102可采用红外补光灯。

红外补光灯的设计指标如下：

单个灯具宽度在0.5米以内，照射宽度为2米；

单个灯具在物距3.5米至7.5米的任意照射距离下，使被照面的照度均匀度 (最低照度/最高照度)需达到95％以上；

对整个隧道断面的照明通过灯阵的方式进行覆盖，需解决相邻灯光照明交界处的均匀度问题，以保证整个灯阵照射范围内的均匀度也达到95％以上。

主要设计思路如下：

采用高功率低热阻的高密度光源(HPP)技术设计，实现类点光源模式，以便在7米距离上实现光投射；

采用一体式光学反光杯设计，实现高的红外光光效率系统；

采用低热阻大热流散热系统，满足局部大热流散热要求；

选择865nm峰值波长的，避免出现730nm左右的光线干扰驾驶员；

采用条形铝型材结构，保持单灯的防尘防水性；

每根条形灯采用独立可调光电源控制，在装配时，可根据照射区域要求进行独立调节，使满足整体光照效果；

电源采取外置结构，方便维护。

激光扫描模块2包括分别与交换机连接的激光扫描仪201和激光测距仪202。

环境检测模块3包括照度摄像机和风速仪，分别通过交换机402与主控电脑401连接，可以实现照度、风速等环境数据的采集。

主控电脑401内设置有水冷散热器，主控电脑上安装有采集系统软件控制所有设备的数据采集，设置有IO卡404，工控机403则通过安装在其内部的图像采集卡405控制工业相机阵列进行图像采集。

供电模块5包括发电机501和UPS502。

如图3-图7所示，厢式货车从车头到车尾依次分为前舱控制部701、中舱设备安装部702和尾舱设备安装部703。

前舱控制部701为人员操作区域及控制设备安装区域，包括操作台704、座椅 705和用于安装控制模块4的开放式机柜706。前舱控制部701对应的车顶可安装车顶空调等设备。

中舱设备安装部702包括滑动舱门707、设备支架708和舱门驱动器，舱门驱动器与滑动舱门707连接，设备支架708设置于由滑动舱门和厢式货车地板形成的空间内，厢式货车地板上设有供滑动舱门707滑动的导轨和用于放置连接电线的线槽。本实施例中，舱门驱动器采用液压缸，该液压缸通过液压推杆驱动滑动舱门 707打开或关闭。

设备支架708可用于安装工业相机阵列101和补光灯102。本实施例中，工业相机阵列101包括30台工业相机，同时设置有40盏红外补光灯，为了全面覆盖隧道视角，工业相机的安装位置及角度如图8所示。

尾舱设备安装部703由上至下分为设备安装舱和供电舱712，设备安装舱包括移动滑门709和可拆卸面板710，设备安装舱内设置有机械臂平台，移动滑门709 连接有滑门驱动器，可拆卸面板710上设置有作为图像采集模块视窗的玻璃窗口 711，供电舱712包括上翻式舱门，移动滑门709通过液压杆和滑轨控制开闭，从而使机械臂平台能够伸出车厢，更好地实现图像采集。洞门摄像机组103和路面摄像机组104可安装于机械臂平台上。

厢式货车车顶设置有用于安装车顶设备的预留工作平台713。

上述公路隧道表观病害采集车能够实现的功能包括隧道洞口、洞门、衬砌、路面、吊顶、内装的定期检查；隧道纵向照度检测、风速检测、隧道轮廓扫描、照明通风消防设备状态检测、电缆配电箱过热检测等。

衬砌病害检查通过工业相机阵列实现，主要指隧道表面病害的检测，包含衬砌裂缝、渗漏水、剥落剥离。该功能通过高清的工业相机阵列对隧道进行连续拍照，得到隧道衬砌表面的影像数据，再经过后期数据处理，得到病害信息数据。

路面检查通过路面摄像机组实现，主要为检查路面坑槽、积水的情况。以3 车道隧道的路面核算，3车道路面一般为13米左右，精度为10mm时，需要1～2 台高清摄像机。

本发明的另一实施例中，采集车还包括与交换机连接的里程定位模块，该里程定位模块包括测距轮传感器601和GPS602。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种公路隧道表观病害采集车，其特征在于，包括：

图像采集模块，用于采集隧道衬砌和路面的表观影像数据；该图像采集模块包括与工控机连接的工业相机阵列以及分别与交换机连接的洞门摄像机组和路面摄像机组，工业相机阵列根据拍摄距离远近采用75mm、85mm、100mm三种焦距的镜头，使图像采集精度达到0.2～0.4mm/pix，工业相机还连接有补光灯，该补光灯为865nm峰值波长的红外灯，采用高功率低热阻高密度光源以及一体式光学反光杯设计，单灯采用独立可调光电源控制，电源外置；

环境检测模块，用于对隧道内环境数据进行采集；

所述图像采集模块、激光扫描模块、环境检测模块、控制模块和供电模块均安装于一厢式货车上；

所述厢式货车从车头到车尾依次分为前舱控制部、中舱设备安装部和尾舱设备安装部，所述控制模块设置于前舱控制部内，所述图像采集模块、激光扫描模块、环境检测模块和供电模块分布设置于中舱设备安装部和尾舱设备安装部内；

所述中舱设备安装部包括滑动舱门、设备支架和舱门驱动器，所述舱门驱动器与滑动舱门连接，所述设备支架设置于由滑动舱门和厢式货车地板形成的空间内，所述厢式货车地板上设有供滑动舱门滑动的导轨和用于放置连接电线的线槽；所述设备支架用于安装所述工业相机阵列和所述补光灯；

所述尾舱设备安装部由上至下分为设备安装舱和供电舱，所述设备安装舱包括移动滑门和可拆卸面板，所述设备安装舱内设置有机械臂平台，所述移动滑门连接有滑门驱动器，所述可拆卸面板上设置有作为图像采集模块视窗的玻璃窗口，所述供电舱包括上翻式舱门；所述移动滑门通过液压杆和滑轨控制开闭，从而使机械臂平台能够伸出车厢，更好地实现图像采集；所述洞门摄像机组和路面摄像机组安装于机械臂平台上；

所述激光扫描模块包括分别与交换机连接的激光扫描仪和激光测距仪；

所述主控电脑内设置有水冷散热器；

2.根据权利要求1所述的公路隧道表观病害采集车，其特征在于，所述采集车还包括与交换机连接的里程定位模块，该里程定位模块包括测距轮传感器和GPS。