CN108708770A - 基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统及方法，在爬壁机器人爬行过程中，将放射性监测信息和各个时刻的坐标位置信息以及拍照获取的图像信息通过无线传输系统传到洞外风险评估处理室。洞外获得信息立即分析处理后，再次通过无线传输系统将处理结果传递给爬行机器人的反馈接收系统，机器人根据放射性含量值是否超标选择是否预警定位。本发明具有功能齐全、安全高效、对隧道无损伤、操作简单、节省人力物力等优点。

Description

基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统及方法。

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。氡气浓度高的地方常常地下水较多，部分地方还有构造裂隙。在建隧道中这些特征都比较常见，有利于氡的扩散和富集。人体所受天然辐射，主要有宇宙射线、陆地γ射线、体内放射性核素及氡四部分，其中氡所照射份额最大。氡对人体的辐射伤害占人体所受到的全部环境辐射中的55％以上，对人体健康威胁极大，其发病潜伏期大多都在15年以上。医学研究已经证实，氡气还可能引起白血病、胎儿畸形遗传等后果。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，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，隧道内进行放射性氡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氡监测时都是人工带着放射性氡检测仪到现场进行监测。对于监测工人来说，长时间地进行这样的重复性劳动必然会受到放射性氡对自身的伤害。

2.放射性氡检测仪一般在检测后很难迅速得出测量结果，无法及时判断所测区域的放射性氡的含量是否超标；

3.隧道内空间较大范围广，人工检测必然需要耗费大量人力物力，检测效率低下，难以满足隧道施工进度要求；

4.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，如果贸然带着测量仪器到该位置进行监测，此过程非常不便并存在安全风险；

对于隧道内比较高或死角处，如果不借助第三方平台将很难对该位置进行放射性监测，这样的监测结果具有片面性。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统及方法。本发明具有安全高效、方便快捷、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：

本发明的第一目的是提供一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统，包括爬壁机器人主体，所述爬壁机器人主体内设置有氡监测系统、坐标定位系统、智能感知系统、无线传输系统、反馈系统和探测系统；

所述探测系统包括设置于爬壁机器人主体与墙面接触处的若干放射性探头、可伸缩性放射性氡监测探头和距离传感器；

所述氡监测系统接收放射性探头、可伸缩性放射性氡监测探头的采集数据，对爬行区域及周围区域进行放射性氡监测，获得机器人所爬行周围区域的放射性含量；

所述坐标定位系统，被配置为记录爬壁机器人主体各个时刻的位置信息，作为控制机器人爬行路线的基准；

所述智能感知系统，接收距离传感器的采集数据，感知爬壁机器人主体附近的障碍物信息，进行实时的路线规划与调整；

所述无线传输系统，将机器人所爬行周围区域的放射性含量以及机器人爬行路线传输到远程服务端，并接收远程服务端的控制指令；

所述反馈系统，根据控制指令控制爬壁机器人主体的运动。

进一步的，爬壁机器人主体与墙面接触处设至少两个放射性探头，爬壁机器人主体的四周各布设至少一个可伸缩性放射性氡监测探头。

更进一步的，爬壁机器人主体腹部的放射性监测探头获得爬行经过区域的放射性信息，四周的探头会自动伸出，对经过区域的四周进行监测，获取某个位置及附近全方面的放射性信息及变化情况。

进一步的，所述爬壁机器人主体上设置有至少一个图像采集模块，采集隧道内的图像。

进一步的，所述距离传感器设在机器人四周的可伸缩性放射性氡监测探头上，能感知机器人四周的物体信息，结合智能感知系统控制并选择机器人的最优行走路线。

进一步的，所述爬壁机器人主体上设置有指示灯，通过指示灯的变化指示所测区域放射性含量范围。

进一步的，所述爬壁机器人主体通过无线传输系统接收远程服务端反馈的放射性含量值。

进一步的，所述爬壁机器人主体上设置有摄像头，摄像头根据机器人自动转弯功能自动转动方向，可全方位得进行监测，结合坐标定位系统提供爬壁机器人主体所在位置和位置环境。

本发明的第二目的提供一种基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：

爬壁机器人在隧道内一侧处进入预先设定的工作路线起点，启动放射性智能感知系统等，正式开始监测工作模式；

爬壁机器人沿隧道内壁爬行，沿着拱形预定路线进行爬行和测量，在爬行过程中，机器人腹部放射性氡探头和四周可伸缩性探头不断地获得所经过区域的放射性信息，四周探头会根据四周有无障碍物选择性地伸出能够测量的最大范围；

拱形路线如果遇到障碍物，智能感知系统则自动根据传感器获得的信息判断选择下一步路线，绕开障碍物；

机器人通过无线传输系统将测得的放射性信息和位置信息传递给远程服务端，机器人内部的反馈系统及时通过无线传输系统获得远程服务端的指令，选择预警并定位或者继续爬行监测；

不断重复，监测下一拱形路线区域及掌子面的放射性含量。

进一步的，爬壁机器人根据放射性含量值是否超标选择是否预警定位，若放射性氡含量不超标，指示灯显示正常爬行监测；若氡含量超标，爬壁机器人指示灯进行相应的显示，并自动把坐标位置信息及照片信息传到远程服务端，完成预警与定位。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明大量地减少了人力物力财力，同时降低了人工作业的安全风险；

2、本发明能够更加全方位地对隧道内进行放射性氡监测，获得隧道内各个区域的放射性信息，能在极短的时间内获得机器人爬行经过区域的放射性含量值，为后续处理工作赢得了充分有效的时间，有效保证了隧道内工人的安全作业；

3、本发明获得的隧道内全方位的放射性含量信息为学者研究隧道内放射性氡的预测走势等等科学问题带来了宝贵的数据信息；

4、本发明能有效地根据智能感知系统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。

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为本发明隧道内爬行监测示意图；

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.腹部放射性探头 2.四周放射性探头 3.传感器 4.摄像头 5.指示灯 6.伸缩性节点 7.爬行路线 8.掌子面 9.爬壁机器人。

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，一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统，包括爬壁机器人主体，电力系统，氡监测系统，坐标定位系统，智能感知系统，无线传输系统，反馈系统，探头，传感器，指示灯，摄像头。所述爬壁机器人主体内部设有电力系统，氡监测系统，坐标定位系统，智能感知系统，无线传输系统，反馈系统，机器人腹部与墙面接触处设2个放射性探头，四周平均分布4个可伸缩性放射性氡监测探头，四周的可伸缩性探头前端处均附有传感器，四周设有若干指示灯，中上部有摄像头。

爬壁机器人主体包括爬行驱动单元、氡自动监测单元、智能感知单元、坐标信息单元、无线信号传输单元及反馈单元，集多功能于一身；

电力系统设在爬壁机器人主体内部，通过电力系统给机器人提供爬行动力，支持监测感知功能，定位功能和传输反馈功能，保证了机器人在隧道内能够正常、持续、高效地完成作业；

氡监测系统设在爬壁机器人主体内部，可通过机器人腹部探头和四周的可伸缩性探头对所爬行区域及周围区域进行放射性氡监测，能够尽可能地获得机器人所爬行周围区域的放射性含量；

坐标定位系统设在机器人主体内部，可以随时随地得记录爬壁机器人的位置信息，同时可作为控制机器人爬行路线的基准，使得洞外风险评估处理室的工作人员对洞内信息一目了然，能够随时掌握机器人所测量数据对应的位置信息；

智能感知系统设在机器人主体内部，能自动控制机器人的前进方向和距离，可以感知附近障碍物信息，可以根据所感知信息，若遇到障碍物则自动通过感知系统获取进一步的前进路线；若无障碍物则沿着预定线路进行作业。智能化地自动调整路线绕过障碍物可以使机器人工作更加的智能化和自动化，减少工作人员的工作强度；

无线传输系统设在机器人主体内部，可将隧道内所测得的相关信息无线传输到洞外风险评估处理室，洞外工作人员可对所得信息进行分析处理；

反馈系统设在机器人主体内部，可通过无线传输系统获得洞外分析处理后的信息，然后根据所得信息自动做出行为响应；

无线传输系统设在机器人主体内部，作为洞内洞外的联系纽带，确保机器人能有效受到工作人员监督使其正常作业；

反馈系统设在机器人主体内部，可接收外界处理后的信息，根据指令指导机器人做出行为响应；

放射性氡探头，分别分布在机器人腹部和四周，四周的探头具有伸缩性，结合腹部探头可增大监测面积，对所过之处能进行全方位更准确的监测。当爬行前进监测的时候，腹部的放射性监测探头可以获得爬行经过区域的放射性信息，四周的探头会自动伸出，对经过区域的四周进行监测，这样腹部和四周的探头大大增加了每次爬行时候的监测范围，监测效率更高，能获取某个位置及附近全方面的放射性信息及变化情况；

如图2所示，传感器设在机器人四周的可伸缩性探头上，能感知机器人四周的物体信息，结合智能感知系统控制并选择机器人的最优行走路线，及时安全躲开前方障碍物，保证监测工作的正常有序进行；

指示灯搭载在机器人机主体两侧，在爬行时保持绿灯，意味所测区域放射性含量属于安全范围，同时也提醒附近人员此处有机器人在作业。指示灯的颜色取决于机器人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。

摄像头位于机器人中上部，可根据机器人自动转弯功能自动转动方向，可全方位得进行监测，结合坐标定位系统可更加精确地随时给出机器人所在位置。

如图3和图4所示，一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测方法，运行步骤如下：

爬壁机器人在隧道内一侧处进入预先设定的工作路线起点，启动电力系统及放射性智能感知系统等，正式开始监测工作模式；

爬壁机器人开始按照设定的爬行路线沿隧道内壁爬行，沿着拱形预定路线进行爬行和测量；

在爬行过程中，机器人腹部放射性氡探头和四周可伸缩性探头不断地获得所经过区域的放射性信息，四周探头会根据四周有无障碍物选择性地伸出能够测量的最大范围；

拱形路线如果遇到障碍物，传感器自动将前方路况信息传输到机器人内部人智能感知系统，若遇到前方有障碍物，则机器人自主根据智能感知系统发出的指令选择最优路线绕过前方障碍物，然后继续沿原设定路线进行监测工作；

机器人通过无线传输系统将测得的放射性信息和位置信息传递给洞外风险评估处理室，外部将信息迅速分析处理后，机器人内部的反馈系统及时通过无线传输系统获得外部的指令，选择预警并定位或者继续爬行监测；

具体的，洞外获得信息立即分析处理后，再次通过无线传输系统将处理结果传递给爬行机器人的反馈接收系统，机器人根据放射性含量值是否超标选择是否预警定位。若放射性氡含量不超标，指示灯显绿色正常爬行监测；若氡含量超标，爬壁机器人指示灯变为红色并自动把坐标位置信息及照片信息传到洞外处理中心，完成预警与定位。

重复上述步骤，监测下一拱形路线区域及掌子面的放射性含量。

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 (10)

1.一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统，其特征是：包括爬壁机器人主体，所述爬壁机器人主体内设置有氡监测系统、坐标定位系统、智能感知系统、无线传输系统、反馈系统和探测系统；

所述探测系统包括设置于爬壁机器人主体与墙面接触处的若干放射性探头、可伸缩性放射性氡监测探头和距离传感器；

所述氡监测系统接收放射性探头、可伸缩性放射性氡监测探头的采集数据，对爬行区域及周围区域进行放射性氡监测，获得机器人所爬行周围区域的放射性含量；

所述坐标定位系统，被配置为记录爬壁机器人主体各个时刻的位置信息，作为控制机器人爬行路线的基准；

所述智能感知系统，接收距离传感器的采集数据，感知爬壁机器人主体附近的障碍物信息，进行实时的路线规划与调整；

所述无线传输系统，将机器人所爬行周围区域的放射性含量以及机器人爬行路线传输到远程服务端，并接收远程服务端的控制指令；

所述反馈系统，根据控制指令控制爬壁机器人主体的运动。

2.如权利要求1所述的一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统，其特征是：爬壁机器人主体与墙面接触处设至少两个放射性探头，爬壁机器人主体的四周各布设至少一个可伸缩性放射性氡监测探头。

3.如权利要求2所述的一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统，其特征是：爬壁机器人主体腹部的放射性监测探头获得爬行经过区域的放射性信息，四周的探头会自动伸出，对经过区域的四周进行监测，获取某个位置及附近全方面的放射性信息及变化情况。

4.如权利要求1所述的一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统，其特征是：所述爬壁机器人主体上设置有至少一个图像采集模块，采集隧道内的图像。

5.如权利要求1所述的一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统，其特征是：所述距离传感器设在机器人四周的可伸缩性放射性氡监测探头上，能感知机器人四周的物体信息，结合智能感知系统控制并选择机器人的最优行走路线。

6.如权利要求1所述的一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统，其特征是：所述爬壁机器人主体上设置有指示灯，通过指示灯的变化指示所测区域放射性含量范围。

7.如权利要求1所述的一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统，其特征是：所述爬壁机器人主体通过无线传输系统接收远程服务端反馈的放射性含量值。

8.如权利要求1所述的一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统，其特征是：所述爬壁机器人主体上设置有摄像头，摄像头根据机器人自动转弯功能自动转动方向，可全方位得进行监测，结合坐标定位系统提供爬壁机器人主体所在位置和位置环境。

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：

爬壁机器人在隧道内一侧处进入预先设定的工作路线起点，启动放射性智能感知系统等，正式开始监测工作模式；

爬壁机器人沿隧道内壁爬行，沿着拱形预定路线进行爬行和测量，在爬行过程中，机器人腹部放射性氡探头和四周可伸缩性探头不断地获得所经过区域的放射性信息，四周探头会根据四周有无障碍物选择性地伸出能够测量的最大范围；

拱形路线如果遇到障碍物，智能感知系统则自动根据传感器获得的信息判断选择下一步路线，绕开障碍物；

机器人通过无线传输系统将测得的放射性信息和位置信息传递给远程服务端，机器人内部的反馈系统及时通过无线传输系统获得远程服务端的指令，选择预警并定位或者继续爬行监测；

不断重复，监测下一拱形路线区域及掌子面的放射性含量。

10.如权利要求9所述的工作方法，其特征是：爬壁机器人根据放射性含量值是否超标选择是否预警定位，若放射性氡含量不超标，指示灯显示正常爬行监测；若氡含量超标，爬壁机器人指示灯进行相应的显示，并自动把坐标位置信息及照片信息传到远程服务端，完成预警与定位。