CN109375619B - 一种铁路隧道检测监测系统 - Google Patents

Abstract

一种铁路隧道检测监测系统，其包括：轨道；支撑连接轨道的若干支架；设置在轨道上并能够沿轨道行驶的巡检机器人，巡检机器人用于检测监测隧道的衬砌状态，从而得到隧道衬砌检测监测数据；洞内数据处理装置，其用于对接收到的隧道衬砌检测监测数据进行初级处理，得到相应的初级处理数据；洞外数据处理装置，其用于对洞内数据处理装置所传输来的初级处理数据进行处理分析，确定隧道的衬砌状态。由于轨道设置在隧道的侧壁且距离隧道地面一定高度，因此，不会影响列车运行和隧道内的其它设备正常使用。本系统能实现隧道状态的全自动连续检测监测，降低劳动强度和减少人为主观局限，使检测工作自动化、智能化，提高隧道检测监测效率。

Description

一种铁路隧道检测监测系统

技术领域

本发明涉及隧道检测技术领域，具体地说，涉及一种铁路隧道检测监测系统。

背景技术

隧道衬砌质量直接关系着隧道在运行期间的可靠性，而随着我国轨道交通的快速发展，对于铁路隧道质量的检测也就显得愈加重要。

现有的隧道检测方法通常采用的是人工检测的方式，对于人工检测方式来说，其检测过程需要工作人员在隧道现场进行隧道巡视，并基于自身的工作经验来对隧道衬砌质量进行判别。这种人工检测的方式由于需要工作人员在现场对隧道进行巡视，其不可避免的存在效率低下的问题。同时，人工检测是通过工作人员采用视觉观察的方式来观测隧道衬砌状态，而这种方式也就使得检测过程存在大量的人工主观因素，这也严重影响了隧道衬砌质量检测的准确性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种铁路隧道检测监测系统，所述系统包括：

轨道，其设置在隧道内的侧壁上并沿隧道方向延伸；

支撑连接所述轨道的若干支架，所述支架彼此间隔开地排列布置在隧道内的侧壁上；

设置在所述轨道上并能够沿所述轨道行驶的巡检机器人，所述巡检机器人用于检测所述隧道的衬砌状态，从而得到隧道衬砌检测监测数据；

洞内数据处理装置，其与所述巡检机器人通信连接，用于对接收到的隧道衬砌检测监测数据进行初级处理，得到相应的初级处理数据；

洞外数据处理装置，其与所述洞内数据处理装置通信连接，用于对所述洞内数据处理装置所传输来的初级处理数据进行处理分析，确定隧道的衬砌状态。

根据本发明的一个实施例，所述支架包括支撑板、设置在所述支撑板一端的固定板以及设置在所述支架上端的横梁，其中，所述固定板通过螺栓连接隧道的侧壁，所述横梁连接并支撑所述轨道。

根据本发明的一个实施例，所述支撑板边缘设有直角，所述固定板设置在所述支撑板的一个直角边上，所述横梁设置在所述支撑板的另一个直角边上。

根据本发明的一个实施例，所述轨道包括两个平行设置的轨道，所述轨道与所述支架的横梁固定相连。

根据本发明的一个实施例，两个所述轨道之间通过轨枕相连，相邻两个支架之间设置至少一个轨枕。

根据本发明的一个实施例，所述巡检机器人的轮子包括两个主动轮以及两个从动轮，每个所述轮子外侧设有导轮，所述轨道侧面设有卡槽，其中，所述导轮卡接在所述卡槽内并能够在所述卡槽内转动。

根据本发明的一个实施例，所述巡检机器人包括：

行走装置，其设置在轨道上并沿所述轨道行驶；

行走控制装置，其设置在所述行走装置上并与所述行走装置电连接，用于控制所述行走装置的运行状态；

其中，当所述隧道巡检机器人进行隧道巡检作业时，所述行走控制装置配置为控制所述行走装置沿所述轨道依次运行至各个检测点并停留预设时长。

根据本发明的一个实施例，轨道侧间隔设置有多个检测点，所述行走控制装置配置为在控制行走装置行驶过程中对所述检测点进行识别，当识别到所述检测点时，控制行走装置停止运行并持续预设时长，从而使得所述隧道巡检机器人在检测点处停留预设时长。

根据本发明的一个实施例，所述隧道巡检机器人还包括：

定位装置，其与所述行走控制装置连接，用于生成所述隧道巡检机器人的位置信息，并将所述位置信息传输至所述行走控制装置。

根据本发明的一个实施例，所述行走控制装置配置为根据所述位置信息确定所述行走装置是否行驶至所述检测点，其中，当所述行走装置行驶至所述检测点时，所述行走控制装置配置为控制行走装置停止运行并持续预设时长，从而使得所述隧道巡检机器人在检测点处停留预设时长。

根据本发明的一个实施例，轨道侧的检测点均匀设置，相邻检测点之间设置有预设标志点，所述行走控制装置控制所述行走装置由当前检测点向下一检测点行驶时，所述行走控制装置配置为控制所述行走装置加速行驶，并在经过所述预设标志点后减速行驶，以使得所述行走装置停止于所述下一检测点。

根据本发明的一个实施例，所述定位装置包括惯导仪，所述行走控制装置控制所述行走装置由当前检测点向下一检测点行驶时，所述行走控制装置配置为根据所述惯导仪所传输来的数据生成所述行走装置的行驶距离，并根据所述行驶距离判断所述行走装置是否行驶至所述预设标志点。

根据本发明的一个实施例，所述巡检机器人还包括：

衬砌状态检测监测模块，其设置在所述行走装置上，用于在所述行走装置的承载下行驶至各个检测点，并在各个检测点处对隧道衬砌状态进行检测监测，得到隧道衬砌检测监测数据。

根据本发明的一个实施例，所述洞内数据处理装置包括：

数据抽取模块，其用于对所述隧道衬砌检测监测数据进行数据抽取，得到相应的初级处理数据；

数据通信模块，其与所述数据抽取模块连接，用于将所述初级处理数据传输至所述洞外数据处理装置。

根据本发明的一个实施例，所述数据抽取模块配置为利用预设数据抽取模型来对所述隧道衬砌检测监测数据中指定类型的数据进行数据抽取，从而得到相应的初级处理数据。

根据本发明的一个实施例，所述隧道衬砌检测监测数据包括隧道三维激光扫描数据，所述数据抽取模块配置为利用预设数据抽取网格来对所述隧道三维激光扫描数据进行数据抽取，并根据抽取后的数据生成所述初级处理数据。

根据本发明的一个实施例，所述洞外数据处理装置包括：

隧道衬砌轮廓分析模块，其用于将所述初级处理数据与预设隧道基准模型进行嵌套对比分析，得到所述隧道的衬砌变形趋势信息和/或线路沉降趋势信息。

根据本发明的一个实施例，所述洞外数据处理装置还包括：

裂缝识别模块，其与所述洞内数据处理装置信号连接，用于根据所述初级处理数据确定所述隧道的隧道图像，并对所述隧道图像进行裂缝识别，得到所述隧道的裂缝状态信息；和/或，

渗漏水识别模块，其与所述洞内数据处理装置信号连接，用于根据所述初级处理数据确定所述隧道的温度分布信息，并根据所述温度分布信息确定所述隧道的渗漏水状态信息。

本发明所提供的铁路隧道检测监测系统中的衬砌状态检测监测模块通过在设置在隧道的侧壁上的轨道上行驶来分别对隧道不同位置处的衬砌状态进行检测监测。由于轨道设置在隧道的侧壁并且距离隧道地面一定高度，因此当衬砌状态检测监测模块在轨道上行驶时也就不会妨碍隧道内的其它设备或设施(例如避车洞和信号机等)的正常使用。

该铁路隧道检测监测系统其能够实现对隧道状态的全自动检测监测，这样也就不需要工作人员在现场进行人工参与，从而降低了隧道状态检测监测过程中工作人员的劳动强度，这不仅有助于避免由于人工参与而给工作人员所带来的安全隐患，还有助于提高检测监测结果的可靠性和准确性。

在对隧道状态进行检测监测的过程中，隧道衬砌状态检测监测模块会沿轨道依次到达各个检测点并停留一定时长。通过这种检测监测方式，隧道衬砌状态检测监测模块能够准确、可靠地在各个检测点处对相应区段的隧道状态进行检测监测，同时，由于各个检测点的位置信息是已知且固定不变的，因此这样也就为后续准确地进行数据拼接奠定了基础。

同时，本发明所提供的铁路隧道检测监测系统通过对所得到的隧道衬砌检测监测数据分别进行洞内数据处理和洞外数据处理来最终确定隧道的衬砌状态。其中，通过洞内数据处理能够有效地减少需要向洞外数据处理装置所传输的数据量，这样也就有提高数据传输效率以及整个隧道状态分析系统的工作效率。

此外，该铁路隧道检测监测系统通过洞外数据处理能够降低完全通过洞内数据处理来确定隧道的衬砌状态而导致的对洞内数据处理装置所提出的高性能要求，洞内数据处理装置数据处理性能的降低有助于减少装置自身的体积以及成本，从而有助于洞内数据处理装置在隧道内的合理布局。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的铁路隧道检测监测系统的结构示意图；

图2和图3是根据本发明一个实施例的巡检机器人的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的隧道巡检机器人的电路结构图；

图5是根据本发明一个实施例的隧道巡检机器人在两个相邻检测点之间的速度曲线示意图；

图6是根据本发明一个实施例的洞内数据处理设备的结构示意图；

图7是根据本发明一个实施例的利用三维激光扫描仪所得到的隧道的点云数据

图8是根据本发明一个实施例的通过数据抽取所得到的隧道切片图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

针对现有隧道检测技术所存在的问题，本发明提供了一种新的铁路隧道检测监测系统。该系统能够自动地对隧道的衬砌状态进行检测监测，无需工作人员进行人工操作。图1示出了本实施例所提供的铁路隧道检测监测系统的结构示意图。

如图1所示，本实施例中，铁路隧道检测监测系统优选地包括：巡检机器人1、轨道2、洞内数据处理装置5以及洞外数据处理装置6。

近来出现了一些挂轨式巡检机器人，用于管廊、煤矿等进行巡检，挂轨式的巡检机器人通常包括设置在顶部的轨道，所述轨道通常为单轨，以及悬架在轨道下的机器人主体，机器人主体上设置传感器。机器人主体在轨道上行驶时，传感器测量需要检测的数据。但是，对于铁路隧道而言，挂轨式的轨道刚度较小，稳定性差，定位精度不够。同时，由于铁路隧道顶部设有接触网，隧道顶部无法安装这类巡检机器人。

本实施例中，轨道2设置在隧道的侧壁上，并沿隧道方向延伸。该铁路隧道检测监测系统还包括支架3，支架3用于将轨道2固定在隧道的侧壁上。具体地，本实施例中，支架3与隧道内的侧壁固定连接，并沿隧道方向排列，而轨道2则铺设在支架3上。

本实施例中，支架3优选地采用金属材料制作而成。当然，在本发明的其它实施例中，支架3还可以采用其它合理材料制成，本发明不限于此。

具体地，本实施例中，支架架设在隧道避车洞上檐的隧道壁上。本实施例中，金属支架距离隧道地面的高度优选地为3m，金属支架的高度优选地为40cm、宽度为50cm。

当然，在本发明的其它实施例中，轨道支架的假设高度以及几何尺寸还可以根据实际情况配置为其它合理值，本发明不限于此。同时，在本发明的其它实施例中，轨道还可以采用其它合理方式来设置在隧道的侧壁上，本发明同样不限于此。

使用根据本实施例所述的铁路隧道检测监测系统时，轨道2设置在隧道的侧壁上。这样该铁路隧道检测监测系统工作时也就不会妨碍到接触网，从而避免了影响铁路的正常运行。

如图2所示，本实施例中，支架3优选地还包括支撑板31和/或固定板32。固定板32设置在支撑板31一侧并与支撑板31垂直相连。其中，固定板32通过螺栓固定在隧道的侧壁上。可选地，本实施例中，支架3还包括横梁33，横梁33设置在支撑板31的上端，并与本实施例所述的轨道2通过螺栓固定相连。

同时，可选地，支撑板31边缘还可以设有直角。其中，支撑板31的形状优选为直角三角形，当然也可以是直角梯形等其他形状。固定板32和横梁33分别设置在两个直角边上。在固定板32固定在隧道侧壁上时，横梁33处于水平状态，从而使轨道2处于水平状态。这样，设置在轨道上的巡检机器人1也就可以行驶处于平稳的状态。优选地，支撑板31的斜边上以及中部设有若干加强筋34，从而提高了支撑板31的强度。

在一个实施例中，轨道2还可以包括两个平行设置的轨道。轨道与金属支架3的横梁33固定相连。在本实施例中，巡检机器人1的轮子13的周向上设有与轨道匹配的卡槽。这样使巡检机器人1能够稳定的在轨道上行驶。

再次如图1所示，本实施例中，两个轨道之间优选地通过若干轨枕21相连。两个相邻的金属支架3之间设有至少一个轨枕21。在本实施例中，相邻的两个金属支架3之间的距离较长，设有若干轨枕21能够保证轨道之间保持相同的距离，避免产生较大的偏差。

本实施例中，轨道优选地采用玻璃钢材质。玻璃钢材质能够满足强度的要求，并且重量更轻，减少了支架3的负担。玻璃钢材质相比于工字钢材质，具有良好的耐腐蚀性，能够防止锈蚀或变形，从而提高了轨道的使用寿命和安全性，不需要频繁维修或更换。同时，玻璃钢材质的轨道相对于锰钢等材质造价更低，节约成本。

当然，在本发明的其它实施例中，轨道还可以采用其它合理材质来制成，本发明不限于此。

本实施例中，隧道巡检机器人1优选地包括车体11以及设置在车体上的衬砌状态检测监测模块4。其中，车体11设置在轨道2上并能够沿轨道2行驶。衬砌状态检测监测模块4设置在车体11上，其能够对隧道的衬砌状态进行检测监测，从而得到相应的隧道衬砌检测监测数据。

本实施例中，衬砌状态检测监测模块4通过优选地安装孔15安装在车体11内。安装孔15设置在车体11的上部，衬砌状态检测监测模块4放置在安装孔15内。本实施例相比于挂轨式的装置安装更加简便，方便更换和维修衬砌状态检测监测模块4，同时也不需要固定。

当需要对隧道的衬砌状态进行检测监测时，隧道巡检机器人将沿轨道2行驶至隧道内的预设位置(例如各个检测点)处，这样衬砌状态检测监测模块也就会跟随隧道巡检机器人到达相应位置并在该位置处对隧道的衬砌状态进行检测监测，从而得到该位置处的隧道衬砌检测监测数据。

本实施例中，车体11优选地包括行走装置和行走控制装置。其中，如图3所示，行走装置设有若干轮子13，轮子13能够沿轨道2转动而行驶。车体11上部还设有安装孔15，用于安装并固定衬砌状态检测监测模块4。

如图3所示，本实施例中，巡检机器人1的轮子13的数量为四个。其中，包括两个主动轮和两个从动轮。主动轮连接行走装置的驱动电机12的转轴，主动轮随驱动电机12转动而旋转。在本实施例中，每个轮子13的外侧设有一个导轮14。每个导轮14接触到轨道的外侧面，并能够沿轨道外侧行驶。

图4示出了本实施例中隧道巡检机器人的电路结构示意图。如图4所示，本实施例中，隧道巡检机器人优选地包括：行走装置401以及行走控制装置402。行走装置401设置在轨道上并沿轨道行驶，行走控制装置402设置在行走装置401上并与行走装置401电连接。其中，行走控制装置402能够控制行走装置401的运行状态，从而控制隧道巡检机器人本体在轨道上的行驶状态。

具体地，本实施例中，当隧道巡检机器人进行隧道巡检作业时，行走控制装置402配置为控制行走装置401沿轨道101依次行驶至各个检测点并停留预设时长。由于轨道101侧间隔设置有多个检测点，因此本实施例中行走控制装置402优选地在控制行走装置401行驶过程中对检测点来进行识别来确定隧道巡检机器人本体是否行驶至检测点位置处。其中，当行走控制装置402识别到检测点时，那么也就表示此时隧道巡检机器人本体正处于某一检测点位置处，因此此时行走控制装置402将控制行走装置401停留运行并持续预设时长，这样也就会使得隧道巡检机器人本体在该检测点处停留预设时长。

如图4所示，本实施例中，可选地，巡检机器人本体102a还包括定位装置403。其中，定位装置403与行走控制装置402连接，其用于生成隧道巡检机器人的位置信息并将该位置信息传输至行走控制装置402，以由行走控制装置402根据上述位置信息来控制行走装置401的运行状态。

具体地，本实施例中，行走控制装置402优选地根据定位装置403所传输来的位置信息确定行走装置401是否行驶至检测点(即巡检机器人本体是否行驶至检测点)。其中，如果行走装置401行驶至检测点，那么此时行走控制装置402也就会控制行走装置401停止运行并持续预设时长，这样也就使得巡检机器人在该检测点处停留预设时长。

如图5所示，本实施例中，轨道侧的检测点均匀设置，相连检测点之间设置有预设标志点C。其中，当行走控制装置402控制行走装置401由当前检测点(例如检测点A)向下一检测点(例如检测点B)行驶时，在轨道段A-C段，行走控制装置402将控制行走装置401加速行驶(即行走装置401的速度v由零持续增加)；在经过预设标志点C后，行走控制装置402将控制行走装置401减速行驶，即在轨道段C-B段，行走装置401的速度v将持续减小直至在检测点B处减小至零，这样隧道巡检机器人也就停留在检测点B处。这样也就可以使得隧道巡检机器人能够可靠、准确地在各个检测点位置处停留，从而提高后续数据处理过程的准确性。同时，该方式还可以有效减少隧道巡检机器人由当前检测点到下一检测点所耗费的时长，这样也就可以有效提高隧道衬砌状态的检测监测效率。

本实施例中，定位装置403优选地包括惯导仪。当行走控制装置402控制行走装置401由当前检测点向下一检测点行驶时，行走控制装置402可以根据惯导仪所传输来的数据来生成行走装置401的行驶距离，从而根据该行驶距离来判断行走装置401是否行驶至预设标志点。

结合图5可以看出，由于预设标志点C与检测点A的距离时固定且已知的，因此行走控制装置402可以通过判断行走装置401的行驶距离是否等于该距离来判断行走装置401是否行驶至预设标志点。

需要指出的时，在本发明的其它实施例中，根据实际需要，行走控制装置402还可以控制行走装置401在在隧道检测里程内匀速行驶，此时衬砌状态检测监测模块4运行状态也就相应的需要进行改变。

当然，在本发明的其它实施例中，根据实际需要，行走控制装置402还可以采用其它合理方式来对行走装置401的运行状态进行控制，以保证隧道巡检机器人能够准确、可靠地在各个检测点位置处停留，本发明不限于此。

当隧道巡检机器人本体在某一检测点位置处停留时，设置在行走装置401上的衬砌状态检测监测模块4也就可以在该检测点处对隧道的衬砌状态进行检测监测，从而得到该检测点所对应的一组隧道衬砌检测监测数据。当隧道巡检机器人本体行驶至下一检测点并停留时，衬砌状态检测监测模块4也就可以得到下一检测点所对应的一组隧道衬砌检测监测数据。依此类推，当隧道巡检机器人本体依次行驶至各个检测点后，衬砌状态检测监测模块4也就可以分别得到各个检测点所对应的一组隧道衬砌检测监测数据，而这些组隧道衬砌检测监测数据可以构成整个隧道的隧道衬砌检测监测数据。

如图4所示，本实施例中，隧道巡检机器人本体102a优选地还包括数据传输装置404。其中，数据传输装置404与行走控制装置402连接，由于行走控制装置402与衬砌状态检测监测模块4连接，因此行走控制装置402也就可以将衬砌状态检测监测模块4所传输来的隧道衬砌检测监测数据传输至数据传输装置404，以由数据传输装置404将隧道衬砌检测监测数据传输至相应的外部设备。

当然，本实施例中，根据实际需要，隧道巡检机器人还可以包括诸如数据存储装置等其它设备。其中，数据存储装置可以存储上述隧道衬砌检测监测数据。

本实施例中，衬砌状态检测监测模块4优选地包括：三维激光扫描仪、阵列相机以及红外热像仪。三维激光扫描仪、阵列相机以及红外热像仪均设置在隧道巡检机器人本体102a上，其能够跟随隧道巡检机器人本体102a移动到相应位置。其中，三维激光扫描仪能够对隧道进行三维激光扫描，从而得到隧道的三维激光扫描数据；阵列相机能够配合同频器对隧道衬砌轮廓进行检测，从而得到隧道轮廓图像数据；红外热像仪能够对隧道的衬砌表面进行检测，从而得到衬砌表面红外图像数据。

当然，在本发明的其它实施例中，衬砌状态检测监测模块4既可以仅包含以上所列项中的某一项或某几项，也可以包含其它未列出的合理项，抑或是以上所列项中的某一项或某几项与其它未列出的合理项的组合，本发明不限于此。

本实施例中，衬砌状态检测监测模块4在检测得到隧道衬砌检测监测数据(本实施例中，隧道衬砌检测监测数据包括：隧道三维激光扫描数据、隧道轮廓图像数据以及隧道红外图像数据)后，会将隧道衬砌检测监测数据传输至隧道巡检机器人本体，以由隧道巡检机器人本体内的相关电路通过数据传输装置404向外传输。

再次如图1所示，可选地，本实施例所提供的铁路隧道检测监测系统还可以包括数据分析装置。数据分析装置与隧道巡检机器人1通信连接，其能够接收隧道巡检机器人1所传输来的隧道衬砌检测监测数据，并通过对接收到的隧道衬砌检测监测数据进行数据分析来确定出该隧道的衬砌状态。

本实施例中，由于隧道巡检机器人1所检测到的隧道衬砌检测监测数据包含了三类数据(即隧道三维激光扫描数据、隧道轮廓图像数据以及隧道红外图像数据)，因此数据分析装置可以通过对这三类数据进行分析来确定出隧道衬砌的多种状态。

例如，数据分析装置通过对隧道三维激光扫描数据进行分析可以确定出隧道衬砌变形趋势以及线路沉降趋势，通过对隧道轮廓图像数据进行分析可以确定出隧道裂缝状态，通过对隧道红外图像数据进行分析可以确定出隧道渗漏水状态。

本实施例中，数据分析装置优选地包括洞内数据处理装置5以及洞外数据处理装置6。其中，洞内数据处理装置5设置在隧道中，其用于接收隧道衬砌状态检测监测模块所传输来的隧道衬砌检测监测数据，并对隧道衬砌检测监测数据进行初级处理，从而得到初级处理数据。

洞外数据处理装置6与洞内数据处理装置5通信连接，其能够对洞内数据处理装置5所传输来的初级处理数据进行进一步处理，从而确定出隧道的衬砌状态。

图6示出了本实施例中洞内数据处理装置的结构示意图。

如图6所示，本实施例中，洞内数据处理装置5优选地包括：多个无线传输节点601以及洞内监测站602。其中，上述多个无线传输节点601分布在隧道中，具体地可以沿轨道间隔分布在靠近轨道的位置处。例如，各个无线传输节点601可以分布在检测点位置处，这样当隧道衬砌状态检测监测模块在检测点处对隧道的衬砌状态进行检测监测时，隧道衬砌状态检测监测模块所得到的隧道衬砌检测监测数据也就可以就近地通过无线传输的方式传输至该位置处的无线传输节点601，再由无线传输节点601传输至洞内监测站。

当然，在本发明的其它实施例中，洞内数据处理装置5所包含的无线传输节点还可以采用其它合理方式进行分布，本发明不限于此。例如，在本发明的一个实施例中，无线传输节点601还可以设置在隧道综合洞室内，隧道内可以分布有多个彼此间隔一定距离(例如500m)的隧道综合洞室。

本实施例中，洞内监测站602在接收到各个无线传输节点601所传输来的隧道衬砌检测监测数据后，会对上述隧道衬砌检测监测数据进行初级处理，从而得到初级处理数据。

本实施例中，洞内监测站602优选地设置在检测线路起点处的综合洞室内。当然，在本发明的其它实施例中，洞内监测站602还可以根据实际需要设置在其它合理位置，本发明不限于此。例如，在本发明的一个实施例中，洞内监测站602还可以设置在诸如检测线路中点处的综合洞室内。

具体地，本实施例中，洞内监测站602优选地包括数据抽取模块和数据通信模块。其中，数据抽取模块用于对接收到的隧道衬砌检测监测数据进行数据抽取，从而得到相应的初级处理数据，并将该初级处理数据传输至与之连接的数据通信模块，以由数据通信模块传输至洞外数据处理装置。

本实施例中，数据抽取模块优选地配置为利用预设数据抽取模型过来对隧道衬砌检测监测数据中指定类型的数据进行数据抽取，从而得到相应的初级处理数据。具体地，由于利用三维激光扫描仪所得到的隧道三维激光扫描数据的数据量较大，因此为了减少后续数据传输过程以及数据处理过程中的数据量，本实施例中，数据抽取模块将会利用预设数据抽取模型(例如预设数据抽取网格)对隧道三维激光扫描数据进行抽取，从而减少隧道三维激光扫描数据的数据量。

同时，由于利用阵列相机所得到的隧道轮廓图像数据以及利用红外热像仪所得到的衬砌表面红外图像数据的数据量相对较小，因此为了保证后续处理结果的准确性，本实施例中，数据抽取模块优选地不对上述隧道轮廓图像数据和衬砌表面红外图像数据进行数据抽取，即将上述隧道轮廓图像数据和衬砌表面红外图像数据直接作为初级处理数据中的一部分。

当然，在本发明的其它实施例中，根据实际需要，数据抽取模块同样可以对隧道轮廓图像数据和衬砌表面红外图像数据进行数据抽取以及其它数据处理，从而有效减少数据量并保证最终分析结果的精度，本发明不限于此。

当利用三维激光扫描仪对隧道进行三维激光扫描时，三维激光扫描仪在隧道巡检机器人的带动下移至相应的检测点并对该检测点所对应的隧道区域(即隧道环形区域)进行三维激光扫描，从而得到该隧道区域的三维激光扫描数据。随后，隧道巡检机器人移动到其它检测点并由三维激光扫描仪对相应检测点所对应的隧道区域进行三维激光扫描，这样也就可以得到该隧道整体的三维激光扫描数据。

本实施例中，洞内监测站602能够根据所接收到的各组隧道衬砌检测监测数据及其对应的位置信息来进行数据拼接，从而得到整个隧道的隧道衬砌检测监测数据(例如隧道的点云数据)。洞内监测站602通过在本地进行数据拼接，可以使得隧道衬砌状态监测装置在一检测点处完成该检测点处的隧道的衬砌状态监测后，就近地将所得到的一组隧道衬砌检测监测数据通过无线传输节点601传输至洞内监测站602，这样也就使得隧道巡检机器人所配置的数据存储装置也就可以仅仅存储一个检测点所对应的数据量(即一组隧道衬砌检测监测数据)，这样也就有助于降低对数据存储装置的容量以及输出处理性能的需求，进而有助于减小隧道巡检机器人的成本以及体积。

利用三维激光扫描仪，洞内数据处理装置可以得到隧道完整的、全面的、连续的、关联的全景坐标数据，即得到密集而连续的点数据(即隧道的点云数据)。图7示出了本实施例中利用三维激光扫描仪所得到的隧道的点云数据。

由于隧道的点云数据的数据量非常大，因此如果直接利用该点云数据对隧道的衬砌变形区域以及线路沉降趋势进行分析的话，会导致需要处理分析的数据过多，从而影响数据传输速度以及数据处理效率。针对该问题，本实施例中，洞内数据处理装置在将得到的点云数据传输至洞外数据处理装置前，还会对上述点云数据进行初级处理，从而得到数据量较小的初级处理数据，并将该初级处理数据传输至洞外数据处理装置，以由洞外数据处理装置进行进一步的处理。

本实施例中，洞内数据处理装置优选地对三维激光扫描仪所得到的隧道的点云数据进行数据抽取，以得到初级处理数据。其中，本实施例中，洞内数据处理装置优选地利用预设数据抽取网格来得到隧道的初级处理数据。具体地，洞内数据处理装置所使用的数据抽取网格沿隧道轴向的间距为5cm、沿隧道环向的间距为1cm，从而得到如图8所示的隧道切片图，该隧道切片图也就可以视为隧道的衬砌轮廓模型。在图8所示的隧道切片图中，各条环向断面的轴向间距为5cm，组成各条环向断面的数据点的环向间距为1cm。

对比图7和图8可以看出，通过对隧道的点云数据进行初级处理，所得到的初级处理数据的数据量相较于原始点云数据明显减少，同时，初级处理数据仍能够准确、全面地表征隧道衬砌变形趋势以及线路沉降趋势。

需要指出的是，在本发明的其它实施例中，洞内数据处理装置在进行数据抽取是所使用的预设数据抽取网格的具体参数还可以配置为其它合理数值，本发明不限于此。

在得到初级处理数据后，洞内数据处理装置5会将上述初级处理数据传输至与之连接的洞外数据处理装置6。具体地，本实施例中，洞内数据处理装置5优选地利用隧道RTU基站来实现，洞外数据处理装置6优选地配置在路局监测中心。隧道RTU基站在得到初级处理数据后，会利用光纤将初级处理数据传输至隧道口的GSM-R基站下622系统传输口，再通过车站SDH接入TMIS网络传输至路局监测中心的洞外数据处理装置。

当然，在本发明的其它实施例中，洞内数据处理装置5与洞外数据处理装置6之间的数据通信方式还可以采用其它合理方式来实现，本发明不限于此。

本实施例中，洞外数据处理装置6优选地包括隧道衬砌轮廓分析模块。其中，隧道衬砌轮廓分析模块与洞内数据处理装置信号连接，其能够将洞内数据处理装置所传输来的初级处理数据中所包含的数据抽取后的隧道三维激光扫描数据与预设隧道基准模型进行对比分析，从而得到该隧道的衬砌变形趋势信息和/或线路沉降趋势信息。

可选地，洞外数据处理装置6还可以包含裂缝识别模块和/或渗漏水识别模块。其中，裂缝识别模块与洞内数据处理装置信号连接，其用于根据洞内数据处理装置所传输来的初级处理数据所包含的隧道轮廓图像数据确定该隧道的隧道图像，并对隧道图像进行裂缝识别，从而得到该隧道的裂缝状态信息。

渗漏水识别模块同样与洞内数据处理装置信号连接，其用于根据洞内数据处理装置所传输来的初级处理数据所包含的隧道红外图像来确定隧道的温度分布信息，并根据该温度分布信息确定该隧道的渗漏水状态信息。

由于隧道渗漏水位置处的温度要低于未发生渗漏水位置处的温度，因此渗漏水识别模块通过对衬砌表面红外图像数据进行分析可以得到衬砌表面各个位置处的温度状态，进而根据衬砌表面各个位置处的温度状态确定出隧道衬砌是否存在渗漏水问题。

当然，在本发明的其它实施例中，洞外数据处理装置6还可以采用其它合理方式来根据洞内数据处理装置所传输来的初级处理数据确定隧道的衬砌状态，本发明不限于此。

如图6所示，本实施例中，可选地，该铁路隧道检测监测系统还可以包括充电桩603。该充电桩603可以设置在监测站所在的综合洞室中，当隧道衬砌状态检测监测模块完成一次隧道衬砌检测后会返回至该综合洞室内时，此时隧道衬砌状态检测监测模块也就可以与设置在该综合洞室内中的充电桩603连接，从而利用充电桩603实现对隧道衬砌状态检测监测模块的充电。

需要指出的是，在本发明的其它实施例中，该铁路隧道检测监测系统还可以利用隧道巡检机器人返回至综合洞室充电的过程来实现隧道衬砌状态检测监测模块与监测站之间的数据通信。例如，隧道巡检机器人所包含的数据传输装置可以包括有线数据传输模块。当隧道巡检机器人停靠在洞内监测站时，上述有线数据传输模块将会与洞内监测站内的有线数据传输接口连接，从而将隧道巡检机器人所检测到的各个检测点所对应的多组隧道衬砌检测监测数据传输至洞内监测站。

本发明所提供的隧道巡检机器人能够实现对隧道状态的全自动检测监测，这样也就不需要工作人员在现场进行人工参与，从而节省了隧道状态检测监测过程中的人力资源，这不仅有助于避免由于人工参与而给工作人员所带来的安全隐患，还有助于提高检测监测结果的可靠性和准确性。

在对隧道状态进行检测监测过程中，隧道衬砌状态检测监测模块会沿轨道依次到达各个检测点并停留一定时长。通过这种检测方式，隧道衬砌状态检测监测模块能够准确、可靠地在各个检测点处对相应区段的隧道状态进行检测监测，同时，由于各个检测点的位置信息是已知且固定不变的，因此这样也就为后续准确地进行数据拼接奠定了基础。

同时，本发明所提供的铁路隧道检测监测系统通过对所得到的隧道衬砌检测监测数据分别进行洞内数据处理和洞外数据处理来最终确定隧道的衬砌状态。其中，通过洞内数据处理能够有效地减少需要向洞外数据处理装置所传输的数据量，这样也就有提高数据传输效率以及整个隧道状态分析系统的工作效率。

此外，该铁路隧道检测监测系统通过洞外数据处理能够降低完全通过洞内数据处理来确定隧道的衬砌状态而导致的对洞内数据处理装置所提出的高性能要求，洞内数据处理装置数据处理性能的降低有助于减少装置自身的体积以及成本，从而有助于洞内数据处理装置在隧道内的合理布局。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (15)

1.一种铁路隧道检测监测系统，其特征在于，所述系统包括：

轨道，其设置在隧道内的侧壁上并沿隧道方向延伸；

支撑连接所述轨道的若干支架，所述支架彼此间隔开地排列布置在隧道内的侧壁上；

设置在所述轨道上并能够沿所述轨道行驶的巡检机器人，所述巡检机器人用于检测监测所述隧道的衬砌状态，从而得到隧道衬砌检测监测数据；

洞内数据处理装置，其与所述巡检机器人通信连接，用于对接收到的隧道衬砌检测监测数据进行初级处理，得到相应的初级处理数据；

洞外数据处理装置，其与所述洞内数据处理装置通信连接，用于对所述洞内数据处理装置所传输来的初级处理数据进行处理分析，确定隧道的衬砌状态；

所述巡检机器人的轮子包括两个主动轮以及两个从动轮，每个所述轮子外侧设有导轮，所述轨道侧面设有卡槽，其中，所述导轮卡接在所述卡槽内并能够在所述卡槽内转动；

所述洞内数据处理装置包括：数据抽取模块，其用于对所述隧道衬砌检测监测数据进行数据抽取，得到相应的初级处理数据；数据通信模块，其与所述数据抽取模块连接，用于将所述初级处理数据传输至所述洞外数据处理装置；

所述洞外数据处理装置包括：隧道衬砌轮廓分析模块，其用于将所述初级处理数据与预设隧道基准模型进行嵌套对比分析，得到所述隧道的衬砌变形趋势信息和/或线路沉降趋势信息。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述支架包括支撑板、设置在所述支撑板一端的固定板以及设置在所述支架上端的横梁，其中，所述固定板通过螺栓连接隧道的侧壁，所述横梁连接并支撑所述轨道。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述支撑板边缘设有直角，所述固定板设置在所述支撑板的一个直角边上，所述横梁设置在所述支撑板的另一个直角边上。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述轨道包括两个平行设置的轨道，所述轨道与所述支架的横梁固定相连。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，两个所述轨道之间通过轨枕相连，相邻两个支架之间设置至少一个轨枕。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述巡检机器人包括：

行走装置，其设置在轨道上并沿所述轨道行驶；

行走控制装置，其设置在所述行走装置上并与所述行走装置电连接，用于控制所述行走装置的运行状态；

其中，当所述隧道巡检机器人进行隧道巡检作业时，所述行走控制装置配置为控制所述行走装置沿所述轨道依次运行至各个检测点并停留预设时长。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，轨道侧间隔设置有多个检测点，所述行走控制装置配置为在控制行走装置行驶过程中对所述检测点进行识别，当识别到所述检测点时，控制行走装置停止运行并持续预设时长，从而使得所述隧道巡检机器人在检测点处停留预设时长。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述隧道巡检机器人还包括：

定位装置，其与所述行走控制装置连接，用于生成所述隧道巡检机器人的位置信息，并将所述位置信息传输至所述行走控制装置。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述行走控制装置配置为根据所述位置信息确定所述行走装置是否行驶至所述检测点，其中，当所述行走装置行驶至所述检测点时，所述行走控制装置配置为控制行走装置停止运行并持续预设时长，从而使得所述隧道巡检机器人在检测点处停留预设时长。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，轨道侧的检测点均匀设置，相邻检测点之间设置有预设标志点，所述行走控制装置控制所述行走装置由当前检测点向下一检测点行驶时，所述行走控制装置配置为控制所述行走装置加速行驶，并在经过所述预设标志点后减速行驶，以使得所述行走装置停止于所述下一检测点。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述定位装置包括惯导仪，所述行走控制装置控制所述行走装置由当前检测点向下一检测点行驶时，所述行走控制装置配置为根据所述惯导仪所传输来的数据生成所述行走装置的行驶距离，并根据所述行驶距离判断所述行走装置是否行驶至所述预设标志点。

12.如权利要求6～11中任一项所述的系统，其特征在于，所述巡检机器人还包括：

衬砌状态检测监测模块，其设置在所述行走装置上，用于在所述行走装置的承载下行驶至各个检测点，并在各个检测点处对隧道衬砌状态进行检测监测，得到隧道衬砌检测监测数据。

13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据抽取模块配置为利用预设数据抽取模型来对所述隧道衬砌检测监测数据中指定类型的数据进行数据抽取，从而得到相应的初级处理数据。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述隧道衬砌检测监测数据包括隧道三维激光扫描数据，所述数据抽取模块配置为利用预设数据抽取网格来对所述隧道三维激光扫描数据进行数据抽取，并根据抽取后的数据生成所述初级处理数据。

15.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述洞外数据处理装置还包括：

裂缝识别模块，其与所述洞内数据处理装置信号连接，用于根据所述初级处理数据确定所述隧道的隧道图像，并对所述隧道图像进行裂缝识别，得到所述隧道的裂缝状态信息；和/或，

渗漏水识别模块，其与所述洞内数据处理装置信号连接，用于根据所述初级处理数据确定所述隧道的温度分布信息，并根据所述温度分布信息确定所述隧道的渗漏水状态信息。

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