CN108445524A - 基于无人机平台的隧道内放射性监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机平台的隧道内放射性监测系统及方法，能够在飞行过程中获取无人机与周围物体的距离、位置、物体信息进行自我学习，实现无人机主体获得自我转弯躲避障碍物功能；在无人机主体的飞行过程中采集隧道内各个区域的放射性监测数据，并通过无线信号传输单元传输到远端处理系统进行处理；实现对隧道内各个区域的放射性程度进行预警，结合航拍图像准确定位出放射性含量超出安全标准值的区域。

Description

基于无人机平台的隧道内放射性监测系统及方法

技术领域

本发明涉及隧道工程中放射性自动监测技术领域，特别涉及一种基于无人机平台的隧道内放射性监测系统及方法。

背景技术

随着我国经济建设的飞速发展，越来越多的大埋深大断面铁路公路隧道开始出现，穿过的火成岩隧道也越来越多，而火成岩隧道中可能含有大量的放射性物质，如氡在火成岩隧道中就比较常见。特别是在钻爆法施工的火成岩隧道中，放射性监测俨然成为施工组织中的重要组成部分。因此，在实际工程中，必须考虑到放射性物质带来的不良影响。

一般来说，少量的放射性物质短时间内对人体不会产生较大的影响，但是对于长时间都投身于隧道建设的工人来说，长时间大面积接触放射性物质就可能对身体产生潜移默化的不良影响。因此，隧道内放射性监测也成为现场施工中必须考虑到的重点。

目前，隧道内进行放射性监测面临着一系列难以处理的问题。具体问题如下：

1.一般隧道内放射性监测时都是人工带着放射性检测仪现场进行监测。对于专门的放射性监测工人来说，长时间地进行这样的重复性劳动必然会受到放射性物质对自身的伤害。

2.放射性监测工人现场监测后还需要对数据进行后处理，才能得出有效结果，这中间将会耽误很长时间，即使放射性含量超过对身体产生伤害的限度，也不能及时得到解决。而隧道建设每天都在加班加点地进行，如果让隧道专门为等待放射性监测结果停工也不太现实。

3.隧道内现场进行放射性监测时，掌子面或者崎岖路段的废渣区，是比较危险的区域，如果贸然带着仪器到该位置进行监测，此过程非常不便并存在安全风险。

对于隧道内比较高的地方，如果不借助第三方平台将很难进行对较高位置处的放射性监测，这将会影响监测结果的准确性。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于无人机平台的隧道内放射性监测系统及方法，本发明具有高效、便捷、安全性高、监测结果准确等优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于无人机平台的隧道内放射性监测系统，包括无人机主体、放射性监测系统、供电系统、实时航拍传输系统及反馈系统、智能控制模块和远端处理系统，其中：

所述无人机主体内部设有提供飞行动力的供电系统和进行检测的放射性监测系统，放射性监测系统包括圆周设置于无人机主体上的多个可伸缩性放射性监测探头和与分别与一个探头对应连接的传感器；

所述无人机主体上承载有智能控制模块、无线信号传输单元和实时航拍传输系统及反馈系统；

所述智能控制模块对传感器周围所获取的位置、物体信息进行自我学习，实现无人机主体获得自我转弯躲避障碍物功能；

所述放射性监测系统在无人机主体的飞行过程中采集隧道内各个区域的放射性监测数据，并通过无线信号传输单元传输到远端处理系统进行处理；

所述实时航拍传输系统将所探测到的数据信息远程传递到隧道外安全区域，远端处理系统对数据进行快速准确的分析处理，并将信息处理结果通过反馈系统进行反馈，实现对隧道内各个区域的放射性程度进行预警，结合航拍图像准确定位出放射性含量超出安全标准值的区域。

进一步的，所述可伸缩性放射性监测探头包括探头和可伸缩杆，探头搭载在无人机主体四周，在进行飞行监测的时候通过可伸缩杆自动伸出，伸出距离超过机翼所产生的气流影响范围之外，可保证探测结果不受空气快速流动产生的影响。

进一步的，所述无人机主体可以有现有的无人机结构，具体结构均为现有技术，在此不再赘述。

进一步的，所述可伸缩性放射性监测探头至少包括三个，均匀设置于无人机主体的外侧。

进一步的，所述放射性监测系统对多个可伸缩性放射性监测探头的检测值进行求平均值，以所述平均值作为无人机所经过区域的放射性监测值。这样可较为精确地得到所测量之处的放射性含量。

进一步的，所述传感器为距离传感器，对无人机所飞到之处四周进行感应接收周围信息，判断飞行路线中是否有障碍物，如果有障碍物，所述智能控制模块重新规划最优路线。这样的设计保证了无人机能够不断优化安全飞行路线，高效安全地进行作业。

进一步的，所述无人机主体上设置有指示灯，所述指示灯搭载在无人机主体两侧，在飞行时保持亮灯，通过指示灯的颜色的不同表示无人机探测得到的放射性含量值的不同。

进一步的，所述放射性监测系统嵌在无人机主体内部，可通过控制无人机四周的伸缩性探头对隧道内部进放射性监测，可及时地接收探测信息并传输到远端处理系统进行处理。

基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：

在隧道内放射性监测前将无人机放置在隧道外预先设计的安全起飞点，启动放射性监测工作模式；

无人机起飞，靠隧道其中一侧沿着预定路线飞入隧道内；

在飞行过程中通过机身四周的传感器及自身学习系统判断前方有无障碍物，若有则沿着隧道内一侧绕过障碍物继续沿着洞侧向前飞行；

在无人机飞行过程中，对隧道内放射性进行监测，将监测数据传输到远端处理系统，并迅速接收远端处理系统所反馈的经过分析处理的数据，根据探测值有无超过安全值选择是否进行预警和定位；

不断地进行探测，在到达掌子面并对掌子面附近探测完毕后沿着隧道另一侧返回路线进行监测。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明有效地避免了人工直接进入隧道长时间不安全的监测工作，节省了人力财力；

2、本发明能监测到人工不方便到达高度处或崎岖泥泞处或某些死角处的放射性含量值；

3、本发明能安全高效地监测隧道掌子面处的放射性含量，大大地降低了因此可能带来的危险，如掌子面落石、塌方、涌水等；

4、本发明能有效地选择最优路线进行监测，避免了因障碍物碰撞等造成破坏而影响了隧道内施工进度；

5、本发明能及时得到隧道内各处的放射性含量值，并能及时迅速定位出放射性较高的地方，为后续工作提供了充分的时间和有效解决方案。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明隧道内监测范围示意图；

图3为本发明操作步骤简化流程图。

图4为本发明探头与传感器示意图。

其中，1-传感器，2-可伸缩性探头，3-机翼，4-摄像头，5-指示灯，6-伸缩性节点，7-无人机，8-掌子面，9-飞行路线；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，基于无人机平台的于在建隧道内放射性检测系统，包括无人机7，无人机的两侧设有指示灯5，四周有四个机翼3，每两个机翼之间设置一个探头2，探头可通过伸缩性节点6进行伸缩，每个探头最外侧设有一个传感器 1，无人机中上部设有摄像头4，无人机沿飞行路线9飞行，过程通过掌子面8。其中放射性监测系统、供电系统、实时航拍传输系统及反馈系统和人工智能自我学习系统，均设置在无人机主体内部。

放射性监测系统嵌在无人机主体内部，可通过控制无人机四周的伸缩性探头对隧道内部进放射性监测，可及时地接收探测信息并传输到外界进行处理；

供电系统嵌在无人机主体内部，通过供电系统给无人机提供飞行动力，支持无人机在隧道内的自动飞行及监测功能；

实时航拍传输系统及反馈系统可通过无人机上的探头将所探测到的数据信息远程传递到隧道外安全区域，然后通过外部对数据进行快速准确的分析处理，反馈系统可接收到外部的信息处理结果来控制指示灯的颜色进行预警，同时监测系统能准确地根据航拍图像准确定位出放射性含量超出安全标准值的地方，便于后期处理；

人工智能自我学习系统搭载在无人机内部，可对传感器周围所获取的位置、物体信息进行自我学习，可获得自我转弯躲避障碍物功能，避免在隧道内部与墙壁或大型仪器等碰撞，有效保证了无人机能在隧道内部进行安全作业；

探头搭载在无人机主体四周，在进行飞行监测的时候自动伸出，伸出距离超过机翼所产生的气流影响范围之外，可保证探测结果不受空气快速流动产生的影响。探头对四周进行自动监测，4个探头在每次监测的时候将得到4份数据，取其平均值作为无人机所经过区域的放射性监测值，这样可较为精确地得到所测量之处的放射性含量；

传感器搭载在无人机四周的探头上，可对无人机所飞到之处四周进行感应接收周围信息，将信息传递给人工智能自我学习系统，无人机将自动判断飞行路线中是否有障碍物。若有，则改变现有路线选择最优路线；若无，则按原路线飞行，这样也保证了无人机能够不断优化安全飞行路线，高效安全地进行作业；

指示灯搭载在无人机主体两侧，在飞行时保持亮灯。指示灯的颜色取决于无人机探测得到的放射性含量值。探测信息得到隧道外部处理反馈后，若洞内放射性含量值在安全范围内，指示灯显示绿色，示意洞内安全；若洞内放射性含量值高于安全值，指示灯显示红色并发出预警声，示意洞内放射性较强不安全，需要及时解决洞内放射性问题。

上述系统的检测方法，包括：

1)在隧道内放射性监测前将无人机放置在隧道外预先设计的安全起飞点，启动放射性监测工作模式；

2)无人机起飞，靠隧道其中一侧沿着预定路线飞入洞内；

3)进入隧道后无人机各系统已经开始启动，指示灯为绿色，在飞行过程中通过机身四周的传感器及自身学习系统判断前方有无障碍物，若有则沿着洞内一侧绕过障碍物继续沿着洞侧向前飞行；

4)在无人机飞行过程中，监测系统自动通过机身四周所携带可伸缩性探头对洞内放射性进行监测，探头向四周伸出范围超过机翼旋转产生气流较大的范围，同时将监测数据传输到洞外远程处理中心，并迅速接收处理中心所反馈的经过分析处理的数据，根据探测值有无超过安全值选择是否进行预警和定位；

5)无人机不断地进行探测，在到达掌子面并对掌子面附近探测完毕后沿着隧道另一侧返回路线进行监测。

6)监测完毕后无人机返回到洞外预定的安全落地点。

具体的，无人机先利用供电系统启动，同时开启放射性监测系统，实时航拍传输系统及反馈系统，人工智能自我学习系统和指示灯等工作，沿图3设定好的飞行路线9进入隧道进行放射性监测。沿隧道内一侧进入，传感器自动将前方信息传输到无人机内部人工智能自我学习系统，若遇到前方有障碍物，则无人机自主根据学习系统选择最优路线绕过前方障碍物，然后继续沿原设定路线飞行进行工作。监测过程中无人机将放射性监测信息经处理反馈后，根据放射性含量值是否超标选择是否预警定位。若不超标，指示灯显绿色正常飞行；若含量超标，无人机指示灯变为红色并自动定位把信息传到洞外处理中心。从而完成对隧洞内的放射性监测工作。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种基于无人机平台的隧道内放射性监测系统，其特征是：包括无人机主体、放射性监测系统、供电系统、实时航拍传输系统及反馈系统、智能控制模块和远端处理系统，其中：

所述无人机主体内部设有提供飞行动力的供电系统和进行检测的放射性监测系统，放射性监测系统包括圆周设置于无人机主体上的多个可伸缩性放射性监测探头和与分别与一个探头对应连接的传感器；

所述无人机主体上承载有智能控制模块、无线信号传输单元和实时航拍传输系统及反馈系统；

所述智能控制模块对传感器周围所获取的位置、物体信息进行自我学习，实现无人机主体获得自我转弯躲避障碍物功能；

所述放射性监测系统在无人机主体的飞行过程中采集隧道内各个区域的放射性监测数据，并通过无线信号传输单元传输到远端处理系统进行处理；

所述实时航拍传输系统将所探测到的数据信息远程传递到隧道外安全区域，远端处理系统对数据进行快速准确的分析处理，并将信息处理结果通过反馈系统进行反馈，实现对隧道内各个区域的放射性程度进行预警，结合航拍图像准确定位出放射性含量超出安全标准值的区域。

2.如权利要求1所述的一种基于无人机平台的隧道内放射性监测系统，其特征是：所述可伸缩性放射性监测探头包括探头和可伸缩杆，探头搭载在无人机主体四周，在进行飞行监测的时候通过可伸缩杆自动伸出。

3.如权利要求2所述的一种基于无人机平台的隧道内放射性监测系统，其特征是：所述可伸缩杆的伸出距离超过机翼所产生的气流影响范围之外，可保证探测结果不受空气快速流动产生的影响。

4.如权利要求1所述的一种基于无人机平台的隧道内放射性监测系统，其特征是：所述可伸缩性放射性监测探头至少包括三个，均匀设置于无人机主体的外侧。

5.如权利要求1所述的一种基于无人机平台的隧道内放射性监测系统，其特征是：所述放射性监测系统对多个可伸缩性放射性监测探头的检测值进行求平均值，以所述平均值作为无人机所经过区域的放射性监测值。

6.如权利要求1所述的一种基于无人机平台的隧道内放射性监测系统，其特征是：所述传感器为距离传感器，对无人机所飞到之处四周进行感应接收周围信息，判断飞行路线中是否有障碍物，如果有障碍物，所述智能控制模块重新规划最优路线。

7.如权利要求1所述的一种基于无人机平台的隧道内放射性监测系统，其特征是：所述无人机主体上设置有指示灯，所述指示灯搭载在无人机主体两侧，在飞行时保持亮灯，通过指示灯的颜色的不同表示无人机探测得到的放射性含量值的不同。

8.如权利要求1所述的一种基于无人机平台的隧道内放射性监测系统，其特征是：所述放射性监测系统嵌在无人机主体内部，可通过控制无人机四周的伸缩性探头对隧道内部进放射性监测，可及时地接收探测信息并传输到远端处理系统进行处理。

9.基于如权利要求1-8中任一项所述的系统的工作方法，其特征是：包括以下步骤：

在隧道内放射性监测前将无人机放置在隧道外预先设计的安全起飞点，启动放射性监测工作模式；

无人机起飞，靠隧道其中一侧沿着预定路线飞入隧道内；

在飞行过程中通过机身四周的传感器及自身学习系统判断前方有无障碍物，若有则沿着隧道内一侧绕过障碍物继续沿着洞侧向前飞行；

在无人机飞行过程中，对隧道内放射性进行监测，将监测数据传输到远端处理系统，并迅速接收远端处理系统所反馈的经过分析处理的数据，根据探测值有无超过安全值选择是否进行预警和定位；

不断地进行探测，在到达掌子面并对掌子面附近探测完毕后沿着隧道另一侧返回路线进行监测。