CN108318488A - 一种地铁隧道病害检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种地铁隧道病害检测装置及检测方法，其中地铁隧道病害检测装置包括隧道平板机车、控制操作集成装置、图像获取装置和辅助光源；所述图像获取装置固定在扇形托架上，所述辅助光源均匀分布在所述图像获取装置的两侧；所述控制操作集成装置与所述图像获取装置和所述辅助光源呈电连接；所述图像获取装置包括若干个相机、若干个激光测距仪和若干个惯性导航仪，所述激光测距仪和惯性导航仪均与所述相机相连接。该地铁隧道病害检测装置具有自动化程度高、安全、高效、多参数综合检测的特点。

Description

一种地铁隧道病害检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种地铁隧道病害检测技术领域，特别涉及一种地铁隧道病害检测装置及检测方法。

背景技术

目前国内运营地铁里程已达到1500公里。随着社会主义现代化发展的步伐，预计到2020年中国城市轨道交通预计将达到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、剥落等表观缺陷，以及隧道断面形变，都是无法避免的病害现象，而且病害的长期发展对随到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是为保障隧道长期运营的必要手段。

目前运营隧道的日常监测工作，大多离不开人工作业。例如，隧道衬砌裂缝的检测，是采用人工肉眼识别，然后用标尺测量，相机拍照记录裂缝特质形态，人工记录裂缝位置信息。对于拱腰以上和拱顶的衬砌裂缝检测，则需要采用脚手架或者高空升降平台车，检测人员才能近距离接触到隧道内壁，采用手电筒照明，肉眼查看拱腰和拱顶的病害。该方法检测到的衬砌裂缝准确率低，容易漏检，在检测工程中，人员安全性差，检测效率低，1公里隧道10个人需要1小时完成。因此，迫切需要开发一种地铁隧道病害信息采集方法，以达到病害信息快速、准确的采集、提高病害监测工作的效率。

此外，病害数据的采集过程离不开传感器的参与；目前，现阶段大部分地铁隧道病害检测传感器的安装都依靠简单的结构支架固定，在检测车辆运行过程中机械振动、固定安装的不牢固等问题都会对数据采集产生不良影响，甚至造成传感器不可逆损坏。

因此，迫切需要一个相对稳固、可调节的平台支撑系统来保障传感器的安全、稳定。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有自动化程度高、安全、高效、多参数综合检测的特点的地铁隧道病害检测装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：该地铁隧道病害检测的装置，包括隧道平板机车、控制操作集成装置、图像获取装置和辅助光源；所述图像获取装置固定在扇形托架上，所述辅助光源均匀分布在所述图像获取装置的两侧；所述控制操作集成装置与所述图像获取装置和所述辅助光源呈电连接；所述图像获取装置包括若干个相机、若干个激光测距仪和若干个惯性导航仪，所述激光测距仪和惯性导航仪均与所述相机相连接。采用上述技术方案，通过图像获取装置中的相机获得图像，结合相机获得图像时的激光测距仪测得距离和惯性导航仪测得的相机的角度对所获取的图像进行补偿，可以得到清晰的图像；获取的图像传输给控制操作集成装置进行处理，即可获得隧道检测数据。相机采用工业面阵CCD相机，激光测距仪用于测量工业面阵CCD相机与隧道表面距离并记录；惯性导航仪可实现对托盘在运动过程中振动数据的监测，以便软件对图像抖动进行修正补偿。

本发明进一步改进在于，所述图像获取装置通过相机托盘集成固定在托盘盒里；所述托盘盒与所述扇形托架呈可拆卸连接。这样方便图像获取装置的检修与更换。采用铝型材连接，具有安装方便，刚性好、强度高、重量轻的优点。本发明进一步改进在于，所述扇形托架连接在主体支撑架上，所述主体支撑架通过底座固定架与所述隧道平板机车相连接。底座固定架作为主体支撑架与隧道平板机车的连接结构，可以实现在不破坏隧道平板机车中车辆本身结构的情况下牢固固定。

本发明进一步改进在于，还包括车辆定位触发装置，所述车辆定位触发装置安装在所述隧道平板机车的底部，且与所述控制操作集成装置电连接。车辆定位触发装置通过激光测距仪对车辆行驶过程中经过扣件进行扫描记录，并控制触发相机工作，同时触发辅助光源进行光照补充；相机拍照频率为车辆在单位时间内通过的扣件数，并通过扣件扫描情况进行病害定位。

本发明进一步改进在于，所述控制操作集成装置包括蓄电池、逆变器、中控主板、同步控制器、工控机、存储器和显示器；所述中控主板作为数据处理分析和转换传输的核心，所述蓄电池经逆变器为整个地铁隧道检测平台支撑系统提供电源，所述存储器用于存储数据，所述显示器用于显示实时检测图像流；所述同步控制器用于接收触发信号及传感器数据；并同时将触发信号发送给相机触发相机采集图像和将传感器数据发送给所述存储器；所述存储器用于存储图像和传感器数据；所述工控机用于接收数据并存储于存储器。控制操作集成装置可实现图像实时预览传输、相机参数设定、图像参数设定、采集触发参数设定、系统开关状态切换、电源供给功能、数据预处理、数据存储功能；控制操作集成装置通过蓄电池经逆变器为图像获取装置、辅助光源、车辆定位触发装置提供电源。

本发明进一步改进在于，每个所述相机均连接一个所述激光测距仪和一个所述惯性导航仪。

本发明进一步改进在于，所述主体支撑架的底座安装有可调节高度的安装脚。底座安装可调节高度的安装脚即蹄脚，可对图像获取装置的高度可以作出找正或微调。

本发明进一步改进在于，所述辅助光源包括两扇扇形光源，光源采用LED频闪灯。通过车辆定位触发装置与图像获取装置同时工作，保证在相机曝光时间下的亮度满足拍摄清晰图像的需求；所选用的光源为LED频闪灯，具有瞬时亮度高，平均功率小、发热不明显的特点，大大减小电力损耗，从而增加系统在用电池供电状态下的续航时间。

本发明进一步改进在于，相机的传感器靶面距离隧道壁径向距离为2.2~2.5m，每个相机之间分布角度为30~40度，相邻2个相机的视场重合距离不低于20cm弧长；所述相机使用的是工业面阵CCD相机。工作状态下，相机的传感器靶面距离隧道壁径向距离为2.2~2.5m范围，相机之间分布角度约为30~40度，优选为35度，相机采用35mm尼康镜头，分布角度保证相邻2个相机的视场重合距离不低于20cm弧长，此重合段用做图片数据的融合、拼接、定位等处理；总共包含6组或7组图像获取装置；具体的数量可以根据所需求拍摄隧道的弧面幅度而定；只需保证融合幅面不低于20cm分布即可。

本发明还要解决的一个技术问题是提供一种具有自动化程度高、安全、高效、多参数综合检测的特点的地铁隧道病害检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：该地铁隧道病害检测的方法，包括以下步骤：

（1）通过车辆定位触发装置触发相机拍照同时触发辅助光源进行光源补偿；

（2）图像获取装置将采集到的隧道图像传输至显示器进行实时显示，同时将采集到的隧道图像进行预处理后再传输至存储器中存储；

（3）对存储器中存储的隧道图像进行数据分析，一方面显示分析结果中的病害信息，另一方面在分析的时候对所检测的隧道建立隧道病历； 同时将分析结果进行推送显示。

其中，图像获取装置采集隧道图像的过程是：打开电源，启动电源控制中心，系统上电后开始各自初始化，利用隧道平板机车的车载平台提供的电源系统连接220V转24V的开关电源进行供电，信号采集箱接收到触发信号和传感器数据，信号采集箱将触发信号和传感器数据进行整合并将整合好的触发信号和传感器数据发送给同步控制器；同步控制器接收到触发信号和激光测距仪和惯性导航仪的数据后，将触发信号传输给相机，使相机触发，相机将采集到的隧道图像传输至存储器中存储；同时同步控制器将激光测距仪和惯性导航仪的数据数据发送给存储器；其中的触发信号具体是指通过激光测距仪获取每个扣件并判别产生的一系列脉冲，该脉冲则为一个触发信号；存储器将接收到的隧道图像和激光测距仪和惯性导航仪的数据在进行存储。

本发明还要解决的一个技术问题是，提供一种高刚度、高强度、高稳定性的地铁隧道检测平台支撑系统。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是，该地铁隧道检测平台支撑系统，包括至少一个托盘盒、扇形托架、主体支撑架和底座；所述托盘盒安装在所述扇形托架上，所述扇形托架安装在所述底座上，所述底座安装在所述主体支撑架上；所述托盘盒通过导轨与所述扇形托架相连接且所述托盘盒可在所述导轨上滑动且通过钳制器进行位置锁定；所述主体支撑架为升降结构，所述主体支撑架通过电机电动调节高度或手动调节高度。

本发明进一步改进在于，所述导轨上安装有滑块，所述托盘盒安装在所述滑块上，通过所述滑块在所述导轨上滑动。

本发明进一步改进在于，所述扇形托架的外弧形边缘向外延伸设有若干个平台，若干个所述平台沿外弧形边缘交替形成齿轮状；所述托盘盒每间隔一个平台分布设置。

本发明进一步改进在于，所述底座的底部设有安装脚，所述安装脚焊接在所述底座的底部的四个角上，且每个安装脚上设有衬垫。

本发明进一步改进在于，所述导轨上设有两个钳制器，所述滑块设在两个所述钳制器中间。

本发明进一步改进在于，所述扇形托架的两端连接有安装板，用于将扇形托架固定在所述底座上；所述扇形托架的底部留有用于存放线缆的空间。

本发明进一步改进在于，所述托盘盒的上盖设有两个镶嵌相机的镜头的圆孔，两个所述圆孔之间设有一方孔用于镶嵌激光测距仪；所述相机使用的是工业面阵CCD相机。

本发明进一步改进在于，所述托盘盒的前后两块侧板的两端均向内凹陷形成中间凸板，两块所述中间凸板之间镶嵌安装有惯性导航仪，所述托盘盒内设有固定板，所述相机安装在所述固定板与托盘盒上盖的圆孔相对应的位置，所述固定板安装在所述托盘盒的左右两块侧板上。

本发明进一步改进在于，所述主体支撑架通过底座固定架安装在隧道平板机车上。

本发明进一步改进在于，所述衬垫采用2块聚氨酯材料；所述托盘盒的个数为7个，所述托盘盒均匀分布在所述扇形托架上。

与现有技术相比，本发明的具有以下有益效果：该地铁隧道病害检测装置具有自动化程度高、安全、高效、多参数综合检测的特点，同时该地铁隧道检测平台支撑系统具有高强度、高强度、高稳定性的特点。

附图说明

图1是本发明的地铁隧道病害检测装置的结构示意图；

图2是本发明的地铁隧道病害检测装置除去隧道平板机车和底座固定架后的局部放大结构示意图；

图3是本发明的地铁隧道病害的检测方法的流程图；

图4是本发明的的托盘盒的结构分解图；

图5是本发明的地铁隧道检测平台支撑系统的结构主视图；

图6是本发明的地铁隧道检测平台支撑系统的结构透视图；

图7是本发明的扇形托架的结构示意图；

图8是本发明的底座的结构示意图；

图9是本发明的主体支撑架的结构示意图；

其中，图1：1-隧道平板机车；2-主体支撑架；201-伺服电机；3-扇形托架；301-导轨；302-钳制器；303-滑块；304-平台；305-安装板；4-图像获取装置；401-相机；402-激光测距仪；403-惯性导航仪；5-托盘盒；6-辅助光源；7-控制操作集成装置；8-底座固定架；9-车辆定位触发装置；10-底座；1001-安装脚。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例图中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例：该地铁隧道病害检测的装置，包括隧道平板机车1、控制操作集成装置7、图像获取装置4和辅助光源6；所述图像获取装置4固定在扇形托架3上，所述辅助光源6均匀分布在所述图像获取装置4的两侧；所述控制操作集成装置7与所述图像获取装置4和所述辅助光源6呈电连接；所述图像获取装置4包括若干个相机401、若干个激光测距仪402和若干个惯性导航仪403，所述激光测距仪402和惯性导航仪403均与所述相机相连接；该地铁隧道病害检测的装置还包括地铁隧道检测平台支撑系统，所述图像获取装置4安装在地铁隧道检测平台支撑系统上，所述地铁隧道检测平台支撑系统安装在隧道平板机车1上；所述地铁隧道检测平台支撑系统包括至少一个托盘盒5、扇形托架3、主体支撑架2和底座10；所述图像获取装置4通过相机托盘集成固定在托盘盒5里；所述托盘盒5与所述扇形托架3呈可拆卸连接；所述扇形托架3连接在主体支撑架2上，所述主体支撑架2通过底座固定架8与所述隧道平板机车1相连接；该地铁隧道病害检测的装置还包括车辆定位触发装置9，所述车辆定位触发装置9安装在所述隧道平板机车1的底部，且与所述控制操作集成装置7电连接；车辆定位触发装置中定位功能实现病害部位精确定位；车辆定位触发装置9内设有定位触发模块，激光测距仪402对车辆行驶过程中经过扣件进行扫描记录，并控制触发相机工作，同时触发辅助光源6进行光照补充；相机401拍照频率为车辆在单位时间内通过的扣件数，并通过扣件扫描情况进行病害定位；所述控制操作集成装置7包括蓄电池、逆变器、中控主板、同步控制器、工控机、存储器和显示器；所述中控主板作为数据处理分析和转换传输的核心，所述蓄电池经逆变器为整个地铁隧道检测平台支撑系统提供电源，所述存储器用于存储数据，所述显示器用于显示实时检测图像流；所述同步控制器用于接收触发信号及传感器数据；并同时将触发信号发送给相机触发相机采集图像和将传感器数据发送给所述存储器；所述存储器用于存储图像和传感器数据；所述工控机用于接收数据并存储于存储器；控制操作集成装置7可实现图像实时预览传输、相机参数设定、图像参数设定、采集触发参数设定、系统开关状态切换、电源供给功能、数据预处理、数据存储功能；控制操作集成装置7通过蓄电池经逆变器为图像获取装置4、辅助光源6、车辆定位触发装置9提供电源；每个所述相机401均连接一个所述激光测距仪402和一个所述惯性导航仪403；与所述主体支撑架2相连接的底座10安装有可调节高度的安装脚1001，安装脚1001为蹄脚；所述辅助光源6包括两扇扇形光源，光源采用LED频闪灯；相机401的传感器靶面距离隧道壁径向距离为2.2~2.5m，每个相机401之间分布角度为30~40度，相邻2个相机401的视场重合距离不低于20cm弧长。即工作状态下，相机401的传感器靶面距离隧道壁径向距离为2.2~2.5m范围，相机401之间分布角度约为30~40度，优选为35度，相机采用35mm尼康镜头，分布角度保证相邻2个相机的视场重合距离不低于20cm弧长，此重合段用做图片数据的融合、拼接、定位等处理；总共包含6组或7组图像获取装置4；具体的数量可以根据所需求拍摄隧道的弧面幅度而定；只需保证融合幅面不低于20cm分布即可；相机401所使用的是工业面阵CCD相机。

该地铁隧道病害检测的方法，包括以下步骤：

（1）通过车辆定位触发装置9触发相机401拍照同时触发辅助光源6进行光源补偿；

（2）相机401将采集到的隧道图像传输至显示器进行实时显示，同时将采集到的隧道图像进行预处理后再传输至存储器中存储；

（3）对存储器中存储的隧道图像进行数据分析，一方面显示分析结果中的病害信息，另一方面在分析的时候对所检测的隧道建立隧道病历； 同时将分析结果进行推送显示。

其中，打开电源，启动电源控制中心，系统上电后开始各自初始化，利用隧道平板机车的车载平台提供的电源系统连接220V转24V的开关电源进行供电，信号采集箱接收到触发信号和传感器数据，信号采集箱将触发信号和传感器数据进行整合并将整合好的触发信号和传感器数据发送给同步控制器；同步控制器接收到触发信号和激光测距仪402和惯性导航仪403的数据后，将触发信号传输给相机401，使相机401触发，相机401将采集到的隧道图像传输至存储器中存储；同时同步控制器将激光测距仪402和惯性导航仪403的数据数据发送给存储器；其中的触发信号具体是指通过激光测距仪402获取每个扣件并判别产生的一系列脉冲，该脉冲则为一个触发信号；存储器将接收到的隧道图像和激光测距仪402和惯性导航仪403的数据在进行存储；当相机401为一个，同步控制器则直接将触发信号发送给相机401触发相机401开始采集图像；当相机401为多个时，同步控制器则将触发信号分成多路触发信号，使多路触发信号同时同步触发多个相机401同时采集隧道图像，并将采集到的图像发送给工控机；相机401采集图像的同时，同步控制器将激光测距仪402和惯性导航仪403的数据发送给工控机。

该地铁隧道检测平台支撑系统，包括至少一个托盘盒5、扇形托架3、主体支撑架2和底座10；所述托盘盒5安装在所述扇形托架3上，所述扇形托架3安装在所述底座10上，所述底座10安装在所述主体支撑架2上；所述托盘盒5通过导轨301与所述扇形托架3相连接且所述托盘盒5可在所述导轨301上滑动且通过钳制器302进行位置锁定；所述主体支撑架2为升降结构，所述主体支撑架2通过电机电动调节高度或手动调节高度；所述导轨301上安装有滑块303，所述托盘盒5安装在所述滑块303上，通过所述滑块303在所述导轨301上滑动；所述扇形托架3的外弧形边缘向外延伸设有若干个平台304，若干个所述平台304沿外弧形边缘交替形成齿轮状；所述托盘盒5每间隔一个平台分布设置；所述底座10的底部设有可调节高度的安装脚1001，所述安装脚1001焊接在所述底座10的底部的四个角上，且每个安装脚1001上设有衬垫；所述导轨301上设有两个钳制器302，所述滑块303设在两个所述钳制器302中间；所述扇形托架3的两端连接有安装板305，用于将扇形托架3固定在所述底座10上；所述扇形托架3的底部留有用于存放线缆的空间；所述托盘盒5的上盖设有两个镶嵌相机的镜头的圆孔，两个所述圆孔之间设有一方孔用于镶嵌激光测距仪402；所述托盘盒5的前后两块侧板的两端均向内凹陷形成中间凸板501，两块所述中间凸板501之间镶嵌安装有惯性导航仪403，所述托盘盒5内设有固定板502，所述相机401安装在所述固定板502与托盘盒5上盖的圆孔相对应的位置，所述固定板502安装在所述托盘盒5的左右两块侧板上；所述主体支撑架2通过底座固定架8安装在隧道平板机车1上；所述衬垫采用2块聚氨酯材料；所述托盘盒的个数为7个，所述托盘盒5均匀分布在所述扇形托架3上；扇形托架3上的平台304上设有固定孔，用于固定导轨301或激光光源；主体支撑架2的外部设有层状可压缩方形框架结构，主体支撑架2内连接有伺服电机201，当伺服电机201工作时可带动主体支撑架2同时上下伸缩，从而实现调节该地铁隧道检测平台支撑系统的高度的功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地铁隧道病害检测装置，包括隧道平板机车，其特征在于，还包括控制操作集成装置、图像获取装置和辅助光源；所述图像获取装置固定在扇形托架上，所述辅助光源均匀分布在所述图像获取装置的两侧；所述控制集成装置与所述图像获取装置和所述辅助光源呈电连接；所述图像获取装置包括若干个相机、若干个激光测距仪和若干个惯性导航仪，所述激光测距仪和惯性导航仪均与所述相机相连接。

2.根据权利要求1所述的地铁隧道病害检测装置，其特征在于，所述图像获取装置通过相机托盘集成固定在托盘盒里；所述托盘盒与所述扇形托架呈可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的地铁隧道病害检测装置，其特征在于，所述扇形托架连接在主体支撑架上，所述主体支撑架通过底座固定架与所述隧道平板机车相连接。

4.根据权利要求2所述的地铁隧道病害检测装置，其特征在于，还包括车辆定位触发装置，所述车辆定位触发装置安装在所述隧道平板机车的底部，且与所述控制操作集成装置电连接。

5.根据权利要求2所述的地铁隧道病害检测装置，其特征在于，所述控制操作集成装置包括蓄电池、逆变器、中控主板、同步控制器、工控机、存储器和显示器；所述中控主板作为数据处理分析和转换传输的核心，所述蓄电池经逆变器为整个地铁隧道病害检测装置提供电源，所述存储器用于存储数据，所述显示器用于显示实时检测图像流；所述同步控制器用于接收触发信号及传感器数据；并同时将触发信号发送给相机触发相机采集图像和将传感器数据发送给所述存储器；所述存储器用于存储图像和传感器数据；所述工控机用于接收数据并存储于存储器。

6.根据权利要求1-5任一项所述的地铁隧道病害检测装置，其特征在于，每个所述相机均连接一个所述激光测距仪和一个所述惯性导航仪。

7.根据权利要求3所述的地铁隧道病害检测装置，其特征在于，所述主体支撑架的底座安装有可调节高度的安装脚。

8.根据权利要求6所述的地铁隧道病害检测装置，其特征在于，所述辅助光源包括两扇扇形光源，光源采用LED频闪灯。

9.根据权利要求7所述的地铁隧道病害检测装置，其特征在于，相机的传感器靶面距离隧道壁径向距离为2.2~2.5m，每个相机之间分布角度为30~40度，相邻2个相机的视场重合距离不低于20cm弧长。

10.一种根据权利要求1-9任一项所述的地铁隧道病害检测的方法，包括以下步骤：

（1）通过车辆定位触发装置触发相机拍照同时触发辅助光源进行光源补偿；

（2）图像获取装置将采集到的隧道图像传输至显示器进行实时显示，同时将采集到的隧道图像进行预处理后再传输至存储器中存储；

（3）对存储器中存储的隧道图像进行数据分析，一方面显示分析结果中的病害信息，另一方面在分析的时候对所检测的隧道建立隧道病历； 同时将分析结果进行推送显示。