CN107356211B - 一种隧道智能检测车及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道智能检测车及其检测方法，所述隧道智能检测车包括固定承载系统、视觉采集系统、车速测量系统、电气控制系统和安全警示系统，所述固定承载系统包括固定仓、滑动仓、导轨、液压缸和限位开关，所述视觉采集系统包括安装支架、稳定装置、回转驱动、伺服电机、数字相机、激光器、激光扫描仪和陀螺仪，所述车速测量系统包括连接装置、编码器、固定装置、伸缩杆和连接块，从而将数字相机、激光三维扫描仪、编码器等传感器集成在检测车上，而且配套相关机械、电气等装置，可以在正常行驶的情况下，实时采集车辆以及隧道衬砌表面的信息。本发明提供的技术方案实现了隧道病害检测的信息化管理，对于当前我国公路养护具有重要的意义。

Description

一种隧道智能检测车及其检测方法

技术领域

本发明涉及交通工程技术领域，尤其涉及一种隧道智能检测车及其检测方法。

背景技术

目前，公路隧道检测需要完全或部分封闭交通，采用人工或人工仪器、借助登高车对隧道进行检测，这种检测方法工作效率低、危险性大、漏检率高，难以统计和分析病害的发展趋势，更重要的是检测数据无法实现信息化管理，阻碍了公路养护向智能化和信息化转变。2015年最新颁布的《公路隧道养护技术规范》(JTG_H12-2015)新增了隧道经常检查项，检测频率也大幅增加，并鼓励运用信息化手段开展隧道病害检测。

在此背景下，随着公路隧道的建设数量不断增加，我国将面临大量隧道检测和数据化管理的需求，现有的人工检测方法已无法满足快速、准确、数字化的管理要求。近年来，机器视觉具有速度快、精度高、数据易于保存等优点，被广泛应用于航空航天、机械制造等诸多技术领域中。在交通运输领域，机器视觉已广泛应用于公路路面、铁路隧道的快速检测中，在公路隧道的应用较少，其根本原因在于，与公路路面、铁路隧道相比，公路隧道的断面尺寸不同、隧道照明复杂，检测过程受车流量、行车轨迹、路面颠簸的影响较大，这也增加了机器视觉技术在公路隧道的快速检测中的研究难度。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种隧道智能检测车及其检测方法，至少部分解决上述技术问题。

为此，本发明提供一种隧道智能检测车，包括固定承载系统、视觉采集系统、车速测量系统、电气控制系统和安全警示系统；

所述固定承载系统为设置在车辆底盘上的外形为长方体的箱体式结构，包括固定仓、滑动仓、导轨、液压缸和限位开关，所述固定仓包括L形仓体和变截面仓体，所述L形仓体连接于车辆底盘的前端，所述变截面仓体连接于车辆底盘的中后方，所述L形仓体的长度为345mm、宽度为2265mm、高度为2370mm，所述变截面仓体的前端部分和后端部分均为长方体结构，所述前端部分的长方体结构的横截面比所述后端部分的长方体结构的横截面小，所述后端部分的长方体结构的横截面与所述L形仓体的横截面相同，所述前端部分的长方体结构的横截面的长度为750mm、宽度为2165mm、高度为2300mm，所述后端部分的长方体结构的长度为2022mm、宽度为2265mm、高度为2370mm；

所述滑动仓为倒U型结构，所述滑动仓的横截面与所述变截面仓体的后端部分的横截面相同，所述滑动仓的顶部内表面设置有两组导向装置，每组导向装置包括两个轴线互相平行的导向轮，所述滑动仓的长度为750mm、宽度为2265mm、高度为2370mm，两组互相平行的直线导轨设置在所述变截面仓体的前端部分的顶部外表面，所述两组互相平行的直线导轨的轴线沿所述固定仓的中心线对称分布；

所述限位开关设置在所述滑动仓和所述变截面仓体的后端部分的顶部，所述液压缸包括固定杆和伸缩杆，所述固定杆设置在所述变截面仓体的后端部分的顶部，所述伸缩杆设置在所述滑动仓的顶部，在所述液压缸的驱动作用下，所述滑动仓沿着所述直线导轨往复直线运动，以实现仓门的打开和关闭；

所述视觉采集系统设置在图像采集室内，用于实时采集车辆的六维摇摆参数、隧道图像以及断面尺寸，所述视觉采集系统包括安装支架、稳定装置、回转驱动、伺服电机、数字相机、激光器、激光扫描仪和陀螺仪，所述数字相机、激光器、激光扫描仪和陀螺仪设置在所述安装支架上，所述安装支架的长度为1000mm、宽度为630mm、高度为1010mm，所述稳定装置包括运动平台、固定平台和六个结构相同的运动分支，用于实现六维空间的动作，所述安装支架的下端固定连接于所述稳定装置的运动平台，所述安装支架用于在六个所述运动分支的作用下，相对于空间坐标系保持稳定，所述稳定装置的高度为1000mm，所述固定平台的直径为1100mm，所述运动平台的直径为700mm，所述回转驱动的固定部分与车辆底盘连接，所述回转驱动的运动部分与所述稳定装置的固定平台连接，所述伺服电机与所述回转驱动连接，所述安装支架和所述稳定装置用于在所述伺服电机的作用下实现0°至360°的旋转；

所述车速测量系统固定设置在车辆轮毂与所述固定仓之间，用于实时采集车辆的行进速度，包括连接装置、编码器、固定装置、伸缩杆和连接块，所述连接装置随着所述轮毂转动，所述连接装置的一端与车辆的后轮毂连接，所述连接装置的另一端与所述编码器的伸出轴连接，所述编码器设置在所述固定装置内，所述固定装置用于保证所述编码器相对地面静止，所述连接块为L型支座，所述连接块的一端与所述固定仓的外表面连接，所述连接块的另一端上设置有圆形槽位，所述圆形槽位内设置有圆环形柔性复位垫，所述伸缩杆的上端与所述圆环形柔性复位垫相互配合，所述伸缩杆的下端与所述固定装置连接；

所述电气控制系统设置在控制室和供电室中，用于提供电力能源、储存数据以及控制系统运行，包括太阳能发电板、车载机柜、不间断电源、工控机/服务器及配件、电控柜和电气元器件，所述太阳能发电板设置在所述固定仓的顶部，用于向检测车提供电力能源，所述车载机柜设置在供电室内，由下到上分别安装有不间断电源、车载工控机、车载服务器、电气元件和电控柜，所述车载机柜的长度为620mm、宽度为530mm、高度为2170mm；

所述安全警示系统包括限高限宽标志、箭头信号灯和LED显示屏，所述LED显示屏设置在所述固定仓的后端面上，所述箭头信号灯设置在所述LED显示屏的两端，所述限高限宽标志设置在仓体的顶端和两侧，所述LED显示屏的长度为1000mm、宽度为400mm，所述LED显示屏与所述固定仓的低端面之间的距离为270mm，所述箭头信号灯的长度为400mm、宽度为250mm。

可选的，所述安装支架为铝型材铰接形成的框架式结构。

可选的，所述连接装置的一端通过螺栓与车辆的后轮毂连接，所述连接装置的另一端通过联轴器与所述编码器的伸出轴连接。

可选的，所述固定装置为壳体式结构，所述固定装置的构成材料为铝合金材料，所述固定装置的上端设置有直径为10mm的螺纹孔，所述伸缩杆的下端通过所述螺纹孔与所述固定装置相连，所述伸缩杆的上端与所述连接块通过紧固螺钉连接，所述连接块通过螺栓与所述固定仓的侧壁连接。

可选的，所述车载机柜与所述不间断电源、车载工控机、车载服务器、电气元件和电控柜的安装位置处均设置有隔振弹簧。

可选的，所述伺服电机的功率为200W。

本发明还提供一种隧道智能检测车的检测方法，所述隧道智能检测车为所述的隧道智能检测车，所述隧道智能检测车的检测方法包括：

向所述隧道智能检测车的各个电气元器件供电，通过所述电气控制系统使得所述视觉采集系统、车速测量系统和安全警示系统处于工作状态；

在检测车进入隧道之前，通过所述回转驱动将所述安装支架旋转至左工作位，并打开所述滑动仓的仓门以及数据采集软件；

当检测车进入隧道时，车辆行驶在左车道，所述数字相机、激光三维扫描仪、陀螺仪和编码器开始检测，所述车载工控机或者服务器实时采集数据并储存；

在检测车驶出隧道之后，关闭所述滑动仓的仓门和数据采集软件；

在检测车再次进入隧道之前，通过所述回转驱动将所述安装支架旋转至右工作位，并打开所述滑动仓的仓门以及数据采集软件；

当检测车进入隧道时，车辆行驶在右车道，所述数字相机、激光三维扫描仪、陀螺仪和编码器开始检测，所述车载工控机或者服务器实时采集数据并储存；

在检测车驶出隧道之后，关闭所述滑动仓的仓门、数据采集软件以及电源系统。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的隧道智能检测车及其检测方法基于机器视觉和机器人技术，将数字相机、激光三维扫描仪、编码器等传感器集成在检测车上，而且配套相关机械、电气等装置，可以在正常行驶的情况下，实时采集车辆以及隧道衬砌表面的信息。本发明提供的技术方案实现了隧道病害检测的信息化管理，对于当前我国公路养护具有重要的意义。另外，本发明提供的技术方案还可以推广到铁路、地铁隧道以及公路桥梁的健康检测。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种隧道智能检测车的结构示意图；

图2为图1所示的隧道智能检测车内部的各个功能区示意图；

图3为本发明实施例一中固定承载系统的结构示意图；

图4为本发明实施例一中视觉采集系统的结构示意图；

图5为本发明实施例一中车速测量系统的结构示意图；

图6a～图6b为本发明实施例一中电气控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的显示基板及其制备方法、显示装置进行详细描述。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种隧道智能检测车的结构示意图。如图1所示，所述隧道智能检测车包括固定承载系统1、视觉采集系统2、车速测量系统3、安全警示系统4以及安装于车身内部的电气控制系统等，上述硬件集成在一个车辆底盘上，形成一套智能化的隧道检测系统。本实施例提供的隧道智能检测车基于机器视觉和机器人技术，将数字相机、激光三维扫描仪、编码器等传感器集成在检测车上，而且配套相关机械、电气等装置，可以在正常行驶的情况下，实时采集车辆以及隧道衬砌表面的信息。本实施例提供的技术方案实现了隧道病害检测的信息化管理，对于当前我国公路养护具有重要的意义。另外，本实施例提供的技术方案还可以推广到铁路、地铁隧道以及公路桥梁的健康检测。

图2为图1所示的隧道智能检测车内部的各个功能区示意图。如图2所示，所述检测车内部按功能划分为供电室、控制室和图像采集室三个部分。图3为本发明实施例一中固定承载系统的结构示意图。如图3所示，L形仓体1-1与检测车的底盘前端连接，L形仓体1-1的尺寸如下：长度为345mm、宽度为2265mm、高度为2370mm。

参见图3，变截面仓体1-2安装于检测车的底盘中后方，变截面仓体1-2的前端为横截面较小的长方体结构，变截面仓体1-2的前端长方体结构的尺寸如下：长度为750mm、宽度为2165mm、高度为2300mm，变截面仓体1-2的后端为横截面较大的长方体结构，变截面仓体1-2的后端长方体结构的尺寸如下：长度为2022mm、宽度为2265mm、高度为2370mm。滑动仓1-3为倒U型结构，滑动仓1-3的尺寸如下：长度为750mm、宽度为2265mm、高度为2370mm，滑动仓1-3与变截面仓体1-2通过导向装置构成移动副，上述移动副在液压缸的作用下实现滑动仓1-3的打开或关闭。

图4为本发明实施例一中视觉采集系统的结构示意图。如图4所示，安装支架2-1用于安装数字相机、激光光源、三维激光扫描仪和陀螺仪，安装支架2-1的结构形式为一个由支撑杆及连接块构成的框架式结构，上述框架式结构的尺寸如下：长度为1000mm、宽度为630mm、高度为1010mm，所述支撑杆采用OB.10-4545W2型欧洲标准的工业铝型材。安装支架2-1的底端与稳定装置连接，所述稳定装置由运动平台2-2、运动分支2-3、固定平台2-4构成，在运动分支2-3的作用下，运动平台2-2相对于固定平台2-4作六维空间的自由度运动，所述稳定装置的整体高度为1000mm，固定平台2-4的直径为1100mm，运动平台2-2的直径为700mm，固定平台2-4与回转驱动2-5的转动部分连接。本实施例中，所述回转驱动2-5的型号为SE17-102-H-25R，与所述回转驱动2-5连接的伺服电机功率为200w，所述伺服电机的型号为86BYG350-114。

图5为本发明实施例一中车速测量系统的结构示意图。如图5所述，所述车速测量系统包括连接装置3-1、编码器3-2、固定装置3-3、伸缩杆3-4和连接块3-5。连接装置3-1为圆盘形结构，连接装置3-1的一端通过螺栓连接于车辆轮毂上，连接装置3-1的另一端通过伸出轴与编码器3-2连接。本实施例中，编码器3-2安装于固定装置3-3内，固定装置3-3采用铝合金材料，可以在充分保证结构强度的前提下减轻重量，固定装置3-3的上端设置有直径为10mm的螺纹孔。伸缩杆3-4的下端通过所述螺纹孔与固定装置3-3相连，伸缩杆3-4的上端与连接块3-5通过紧固螺钉连接，所述连接块3-5通过螺栓与固定仓1-2的侧壁连接。

图6a～图6b为本发明实施例一中电气控制系统的结构示意图。如图6a～图6b所示，所述电气控制系统包括太阳能发电板、车载机柜、UPS、车载工控机、车载服务器、电控柜以及电气元器件。

本实施例中，太阳能发电板安装于固定仓1-2的顶部，并将收集的电力能源储存于UPS中。车载机柜设置在供电室内，车载机柜位于固定仓1-2的左后方，车载机柜的尺寸如下：长度为620mm、宽度为530mm、高度为2170mm。所述电控柜、控制开关、显示器、键盘和鼠标设置在操作室内。

本实施例中，所述安全警示系统包括限高限宽标志、箭头信号灯和LED显示屏，所述LED显示屏设置在所述固定仓的后端面上，所述箭头信号灯设置在所述LED显示屏的两端，所述限高限宽标志设置在仓体的顶端和两侧，所述LED显示屏的长度为1000mm、宽度为400mm，所述LED显示屏与所述固定仓的低端面之间的距离为270mm，所述箭头信号灯的长度为400mm、宽度为250mm。

本实施例提供的隧道智能检测车基于机器视觉和机器人技术，将数字相机、激光三维扫描仪、编码器等传感器集成在检测车上，而且配套相关机械、电气等装置，可以在正常行驶的情况下，实时采集车辆以及隧道衬砌表面的信息。本实施例提供的技术方案实现了隧道病害检测的信息化管理，对于当前我国公路养护具有重要的意义。另外，本实施例提供的技术方案还可以推广到铁路、地铁隧道以及公路桥梁的健康检测。

实施例二

本实施例提供一种隧道智能检测车的检测方法，所述隧道智能检测车为实施例一提供的隧道智能检测车。关于隧道智能检测车，参见实施例一的具体描述，此处不再赘述。

参见图1-5，本实施例在开始检测前，向所述隧道智能检测车的各个电气元器件供电，通过电气控制系统使得视觉采集系统2、车速测量系统3和安全警示系统4处于工作状态。首先对左幅隧道进行数据采集工作：在检测车进入隧道之前，通过回转驱动2-5将安装支架2-1旋转至左工作位，并打开滑动仓1-3的仓门和数据采集软件。当检测车进入隧道时，车辆行驶在左车道，数字相机、激光三维扫描仪、陀螺仪、编码器等传感器工作，车载工控机/服务器实时采集数据并储存。在检测车驶出隧道之后，关闭滑动仓1-3仓门和数据采集软件。

再对右幅隧道进行数据采集工作：在检测车进入隧道之前，通过回转驱动2-5将安装支架2-1旋转至右工作位，并打开滑动仓1-3的仓门和数据采集软件。当检测车进入隧道时，车辆行驶在右车道，数字相机、激光三维扫描仪、陀螺仪、编码器等传感器工作，车载工控机/服务器实时采集数据并储存。在检测车驶出隧道之后，关闭滑动仓1-3仓门和数据采集软件。最后，关闭电源系统，至此完成一条隧道的全部采集工作。

本实施例提供的隧道智能检测车的检测方法基于机器视觉和机器人技术，将数字相机、激光三维扫描仪、编码器等传感器集成在检测车上，而且配套相关机械、电气等装置，可以在正常行驶的情况下，实时采集车辆以及隧道衬砌表面的信息。本实施例提供的技术方案实现了隧道病害检测的信息化管理，对于当前我国公路养护具有重要的意义。另外，本实施例提供的技术方案还可以推广到铁路、地铁隧道以及公路桥梁的健康检测。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种隧道智能检测车，其特征在于，包括固定承载系统、视觉采集系统、车速测量系统、电气控制系统和安全警示系统；

所述固定承载系统为设置在车辆底盘上的外形为长方体的箱体式结构，包括固定仓、滑动仓、导轨、液压缸和限位开关，所述固定仓包括L形仓体和变截面仓体，所述L形仓体连接于车辆底盘的前端，所述变截面仓体连接于车辆底盘的中后方，所述L形仓体的长度为345mm、宽度为2265mm、高度为2370mm，所述变截面仓体的前端部分和后端部分均为长方体结构，所述前端部分的长方体结构的横截面比所述后端部分的长方体结构的横截面小，所述后端部分的长方体结构的横截面与所述L形仓体的横截面相同，所述前端部分的长方体结构的横截面的长度为750mm、宽度为2165mm、高度为2300mm，所述后端部分的长方体结构的长度为2022mm、宽度为2265mm、高度为2370mm；

所述滑动仓为倒U型结构，所述滑动仓的横截面与所述变截面仓体的后端部分的横截面相同，所述滑动仓的顶部内表面设置有两组导向装置，每组导向装置包括两个轴线互相平行的导向轮，所述滑动仓的长度为750mm、宽度为2265mm、高度为2370mm，两组互相平行的直线导轨设置在所述变截面仓体的前端部分的顶部外表面，所述两组互相平行的直线导轨的轴线沿所述固定仓的中心线对称分布；

所述限位开关设置在所述滑动仓和所述变截面仓体的后端部分的顶部，所述液压缸包括固定杆和伸缩杆，所述固定杆设置在所述变截面仓体的后端部分的顶部，所述伸缩杆设置在所述滑动仓的顶部，在所述液压缸的驱动作用下，所述滑动仓沿着所述直线导轨往复直线运动，以实现仓门的打开和关闭；

所述视觉采集系统设置在图像采集室内，用于实时采集车辆的六维摇摆参数、隧道图像以及断面尺寸，所述视觉采集系统包括安装支架、稳定装置、回转驱动、伺服电机、数字相机、激光器、激光扫描仪和陀螺仪，所述数字相机、激光器、激光扫描仪和陀螺仪设置在所述安装支架上，所述安装支架的长度为1000mm、宽度为630mm、高度为1010mm，所述稳定装置包括运动平台、固定平台和六个结构相同的运动分支，用于实现六维空间的动作，所述安装支架的下端固定连接于所述稳定装置的运动平台，所述安装支架用于在六个所述运动分支的作用下，相对于空间坐标系保持稳定，所述稳定装置的高度为1000mm，所述固定平台的直径为1100mm，所述运动平台的直径为700mm，所述回转驱动的固定部分与车辆底盘连接，所述回转驱动的运动部分与所述稳定装置的固定平台连接，所述伺服电机与所述回转驱动连接，所述安装支架和所述稳定装置用于在所述伺服电机的作用下实现0°至360°的旋转；

所述车速测量系统固定设置在车辆轮毂与所述固定仓之间，用于实时采集车辆的行进速度，包括连接装置、编码器、固定装置、伸缩杆和连接块，所述连接装置随着所述轮毂转动，所述连接装置的一端与车辆的后轮毂连接，所述连接装置的另一端与所述编码器的伸出轴连接，所述编码器设置在所述固定装置内，所述固定装置用于保证所述编码器相对地面静止，所述连接块为L型支座，所述连接块的一端与所述固定仓的外表面连接，所述连接块的另一端上设置有圆形槽位，所述圆形槽位内设置有圆环形柔性复位垫，所述伸缩杆的上端与所述圆环形柔性复位垫相互配合，所述伸缩杆的下端与所述固定装置连接；

所述电气控制系统设置在控制室和供电室中，用于提供电力能源、储存数据以及控制系统运行，包括太阳能发电板、车载机柜、不间断电源、车载工控机及配件和车载服务器及配件、电控柜和电气元器件，所述太阳能发电板设置在所述固定仓的顶部，用于向检测车提供电力能源，所述车载机柜设置在供电室内，由下到上分别安装有不间断电源、车载工控机、车载服务器、电气元器件和电控柜，所述车载机柜的长度为620mm、宽度为530mm、高度为2170mm；

所述安全警示系统包括限高限宽标志、箭头信号灯和LED显示屏，所述LED显示屏设置在所述固定仓的后端面上，所述箭头信号灯设置在所述LED显示屏的两端，所述限高限宽标志设置在固定仓的仓体的顶端和两侧，所述LED显示屏的长度为1000mm、宽度为400mm，所述LED显示屏与所述固定仓的低端面之间的距离为270mm，所述箭头信号灯的长度为400mm、宽度为250mm。

2.根据权利要求1所述的隧道智能检测车，其特征在于，所述安装支架为铝型材铰接形成的框架式结构。

3.根据权利要求1所述的隧道智能检测车，其特征在于，所述连接装置的一端通过螺栓与车辆的后轮毂连接，所述连接装置的另一端通过联轴器与所述编码器的伸出轴连接。

4.根据权利要求1所述的隧道智能检测车，其特征在于，所述固定装置为壳体式结构，所述固定装置的构成材料为铝合金材料，所述固定装置的上端设置有直径为10mm的螺纹孔，所述伸缩杆的下端通过所述螺纹孔与所述固定装置相连，所述伸缩杆的上端与所述连接块通过紧固螺钉连接，所述连接块通过螺栓与所述固定仓的侧壁连接。

5.根据权利要求1所述的隧道智能检测车，其特征在于，所述车载机柜与所述不间断电源、车载工控机、车载服务器、电气元器件和电控柜的安装位置处均设置有隔振弹簧。

6.根据权利要求1所述的隧道智能检测车，其特征在于，所述伺服电机的功率为200W。

7.一种隧道智能检测车的检测方法，其特征在于，所述隧道智能检测车为权利要求1-6任一所述的隧道智能检测车，所述隧道智能检测车的检测方法包括：

向所述隧道智能检测车的各个电气元器件供电，通过所述电气控制系统使得所述视觉采集系统、车速测量系统和安全警示系统处于工作状态；

在检测车进入隧道之前，通过所述回转驱动将所述安装支架旋转至左工作位，并打开所述滑动仓的仓门以及数据采集软件；

当检测车进入隧道时，车辆行驶在左车道，所述数字相机、激光三维扫描仪、陀螺仪和编码器开始检测，所述车载工控机或者车载服务器实时采集数据并储存；

在检测车驶出隧道之后，关闭所述滑动仓的仓门和数据采集软件；

在检测车再次进入隧道之前，通过所述回转驱动将所述安装支架旋转至右工作位，并打开所述滑动仓的仓门以及数据采集软件；

当检测车进入隧道时，车辆行驶在右车道，所述数字相机、激光三维扫描仪、陀螺仪和编码器开始检测，所述车载工控机或者车载服务器实时采集数据并储存；

在检测车驶出隧道之后，关闭所述滑动仓的仓门、数据采集软件以及电源系统。