CN110455821A - 公路隧道及地铁隧道表观病害自动检测系统装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种公路隧道及地铁隧道表观病害自动检测系统装置，包括运载车，运载车上装配动力系统、定位系统和识别系统；动力系统驱动运载车前进；定位系统获取并记录隧道衬砌病害位置信息；识别系统识别隧道衬砌裂缝图片并计算出裂缝的开度、长度；还包括图像采集系统和照明系统；图像采集系统采集隧道衬砌表观图像数据；所述照明系统将光线覆盖隧道衬砌表面，消除隧道衬砌表因凹凸产生的阴影。本发明实现对隧道衬砌裂缝和渗漏水病害的同时检测，检测设备具有监测效率高、照明阴影少、检测精度高、非接触性等特点。

Description

公路隧道及地铁隧道表观病害自动检测系统装置及方法
技术领域
本发明涉及隧道表观病害检测技术领域，尤其涉及一种公路隧道及地铁隧道表观病害自动检测系统装置。
背景技术
近年来，随着国家加大对基础建设设施的投入，我国交通建设事业取得了迅猛地发展，公路隧道尤其是长大隧道的建设也都取得了飞速的发展，目前我国以及成为世界上隧道工程数量最多、最复杂、发展最快的国家。隧道是修建在地下岩土介质中的半隐藏工程，在不同时期、不用技术条件下修建成的隧道经过多年运营，已经出现许多病害，常见的隧道病害包括：变形侵限、裂缝、渗漏水、错台、掉块、坍塌、基底翻浆冒泥、下沉、底鼓、衬砌背后空洞等，这些病害给隧道的运营带来了极大的安全隐患，其中裂缝和渗漏水是隧道最常见也是最严重的的两种病害。
目前我国对公路隧道及地铁隧道的裂缝和渗漏水病害的检测主要由人工进行现场记录和病害标记，最后由工人描绘出研隧道拱顶的病害展开图，并且检测时需要进行交通道路的封闭，效率低下，这类检测方法需要大量的人力物力，危险程度高，对于隧道拱顶检测还需要专门的升降设备，检测结果主观性大，不同的检测人员会得出不同的结果，而且对于隧道衬砌结构的安全性评价大多是定性描述。国外研究机构开发了不同类型的隧道病害检测车，但监测指标单一，精度较低，且隧道病害的检测对于光线要求较高，现有设备无法较好地满足照明要求，导致阴影对检测精度产生较大影响。
因此，亟待开发出一种能对隧道裂缝和渗漏水病害同时检测的检测设备，并且能够满足照明要求和检测精度要求。
发明内容
针对现有技术的需求，现提供一种公路隧道及地铁隧道表观病害自动检测系统装置，该检测设备通过将CCD线阵相机、照明系统、定位系统、图像识别系统的集成，实现对隧道衬砌裂缝和渗漏水病害的同时检测，检测设备具有监测效率高、照明阴影少、检测精度高、非接触性等特点。
本发明的技术方案为：本装置包括运载车，运载车上装配动力系统、定位系统和识别系统；动力系统驱动运载车前进；定位系统获取并记录隧道衬砌病害位置信息；识别系统识别隧道衬砌裂缝图片并计算出裂缝的开度、长度。还包括图像采集系统和照明系统；图像采集系统采集隧道衬砌表观图像数据；所述照明系统将光线覆盖隧道衬砌表面，消除隧道衬砌表因凹凸产生的阴影。
进一步的，所述运载车包括板车和三块安装板；安装板之间铰接成等腰梯形安装在板车上；所述图像采集系统包括三组相机，所述照明系统包括三组无影灯；每块安装板上安装一组相机和一组无影灯。
进一步的，每组相机包括三个成一直线的CCD工业相机，间距相等并且朝向相同。根据隧道尺寸，调节工业相机的角度，使得它们朝向相同，拍摄同一个点。每组无影灯包括六盏能够调节射向的无影灯；其分成两行分别设置在CCD工业相机两侧。
进一步的，所述板车上设有两条平行轨道；位于中间的安装板水平布置，两侧的安装板上设有滑块，滑块设置在轨道内以调整拍摄角度；所述安装板上设有与行进方向同向的安装架；所述CCD工业相机固定在安装架上；所述无影灯通过底座固定在安装板上；底座包括底盘和三根调节杆，依序铰接的调节杆一端固定在底盘上，另一端与无影灯固定。
进一步的，所述每组CCD工业相机，中间的相机水平或者垂直；两侧的相机朝向中间的倾斜。一种公路隧道及地铁隧道表观病害自动检测方法，
包括步骤(1)安装小车：安装动力系统、定位系统、识别系统、图像识别系统和照明系统于运载车辆上；
步骤(2)调节相机：调节相机的角度，使得每一组CCD工业相机的拍摄范围在隧道衬砌处重叠；
步骤(3)调节安装板：调节安装板的角度，使得三组CCD工业相机的拍摄范围覆盖整个隧道衬砌表面；
步骤(4)调节无影灯：调节无影灯的角度，减少隧道衬砌表因凹凸产生的阴影；
步骤(5)小车启动：启动动力系统，驱动运载车穿行于隧道内，并且保持直线运动；
步骤(6)获取图片：从图像识别系统导出拍摄图片，分析并得到隧道衬砌裂缝的形态、开度和长度信息；
步骤(7)获取定位：从定位系统获取裂缝位置，前往进行修补。
有益效果：
1、检测精度高，通过使用三个一组的相机，对隧道衬砌表面同一区域从不同角度进行拍摄，对得到的图像进行处理分析，能够得到精确的隧道衬砌裂缝的形态、裂缝开度、长度等信息。
2、非接触性，在检测过程中检测设备无需与隧道二次衬砌表面接触，由于隧道内的环境比较复杂，管线、设备多，因此检测设备距离衬砌表面有一定距离可以提高检测速度。
3、设备灵活，本设备均集成与板车上，通过外加动力可以在设备前进的同时进行检测，对公路隧道的检测无需进行长时间道路封闭，对于地铁隧道，可以将设备装于轨道上。
4：本发明通过使用无影灯作为昏暗隧道检测的照明设备，能够在昏暗环境提供有效充足的光线。因隧道内部环境复杂，对衬砌表面图像的采集影响较大，采用无影灯能有效减小阴影对图像识别的影响，提高精度。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为一组设备布置示意图；
图3为一组图像采集设备拍摄角度示意图，
图4为同一组相机采集到的隧道衬砌表面病害的示意图。
图5为隧道衬砌表面错缝病害；
图6为滑杆滑块的局部放大图；
图7为本发明的运行示意图。
附图标记：1-板车，2-组装板，3-滑轨，4-无影灯，5-CCD线阵工业相机，6-安装架，7-隧道衬砌表面裂缝，8-相机拍摄范围；9-滑块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围
本种公路隧道及地铁隧道表观病害自动检测系统装置，其载体是板车1，上面安装了动力系统、图像采集系统、照明系统、定位系统和识别系统。动力系统驱动车辆前行。图像采集系统与定位系统和识别系统分别连接。图像采集模块，用于采集隧道衬砌表观图像数据。照明系统，由无影灯作为主要照明设备，每组相机配置六盏可调节照射方向的无影灯，便于将光线覆盖隧道衬砌表面，消除隧道衬砌表因凹凸产生的阴影，能大幅度减少阴影的产生；定位系统，能够得到设备位置信息，便于记录隧道衬砌病害位置信息；识别系统，由计算机语言编写出能，能够进行隧道衬砌裂缝图片的识别并计算出裂缝的开度、长度等信息，并且可对于衬砌渗漏病害进行识别。
其具体的结构如图1所示：板车1上沿着隧道同行方向行进。其上端设有三块安装板2，安装板 2朝向隧道衬砌表面；每块安装板2上布置一组设备。安装板2之间相互铰接，中间的水平布置，两侧的安装板2底边上安装滑块。板车1上设有两条轨道3，轨道3与板车行进方向垂直。滑块卡设在轨道3内，并可沿滑轨3调整设备拍摄角度。如图6所示，本实施里中的轨道为双排杆，滑块设有与双排杆适配的通孔，滑块安装在双排杆上，滑块与安装板通过铰链连接。通过调节安装板，使得使得三组相机的拍摄视角覆盖隧道衬砌表面，如图7所示。检测时，只需要将本发明通过隧道一次，便可将隧道全覆盖检查，节约时间，提高工作效率。
如附图2所示，每组安装板2上布置一条与行进方向同向的安装架6，安装架6为截面为矩形的长条。长条上安装三个CCD工业相机，等间距；置于隧道调试至朝向相同。三组设备的检测覆盖整个隧道衬砌，可以完成检测到隧道衬砌表面病害。工业相机底部设有一根支撑杆和U形片。支撑杆与工业相机连接，U形片跨在安装架6上。安装架6两侧设有六个底座。底座上设有三根铰接的调节杆，调节杆上固定一个无影灯4。无影灯的调节杆使得无影灯可以提供不同方向的光线。
参考附图3，附图4，附图5其中一组相机安装位置及朝向如图3所示，水平方向为设备移动方向，每个相机拍摄方向一致，如图可拍摄不同方向的同一点隧道衬砌病害图像如图4所示，经过分析模块对图像的处理，可以得到精确的隧道衬砌裂缝的形态、开度、长度等信息，经过，再结合定位系统，能够方便记录隧道衬砌病害的位置，方便检测人员快速找到病害位置并及时修补。如图5所示，若出现错动裂缝病害，同组不同相机从不同角度拍摄出的裂缝开度有较大差别，通过分析模块处理可判断为错动裂缝。
本实施例的应用方法为：
包括步骤(1)安装小车：安装动力系统、定位系统、识别系统、图像识别系统和照明系统于运载车辆上；
步骤(2)调节相机：调节相机的角度，使得每一组CCD工业相机的拍摄范围在隧道衬砌处重叠；
步骤(3)调节安装板：调节安装板的角度，使得三组CCD工业相机的拍摄范围覆盖整个隧道衬砌表面；
步骤(4)调节无影灯：调节无影灯的角度，减少隧道衬砌表因凹凸产生的阴影；
步骤(5)小车启动：启动动力系统，驱动运载车穿行于隧道内，并且保持直线运动；
步骤(6)获取图片：从图像识别系统导出拍摄图片，分析并得到隧道衬砌裂缝的形态、开度和长度信息；
步骤(7)获取定位：从定位系统获取裂缝位置，前往进行修补。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种公路隧道及地铁隧道表观病害自动检测系统装置，包括运载车，运载车上装配动力系统、定位系统和识别系统；动力系统驱动运载车前进；定位系统获取并记录隧道衬砌病害位置信息；识别系统识别隧道衬砌裂缝图片并计算出裂缝的开度、长度；其特征在于：还包括图像采集系统和照明系统；图像采集系统采集隧道衬砌表观图像数据；所述照明系统将光线覆盖隧道衬砌表面，消除隧道衬砌表因凹凸产生的阴影。
2.根据权利要求1所述的公路隧道及地铁隧道表观病害自动检测系统装置，其特征在于：所述运载车包括板车和三块安装板；安装板之间铰接为截面呈等腰梯形安装在板车上；所述图像采集系统包括三组相机，所述照明系统包括三组无影灯；每块安装板上安装一组相机和一组无影灯。
3.根据权利要求2所述的公路隧道及地铁隧道表观病害自动检测系统装置，其特征在于：每组相机包括三个布置为一直线的CCD工业相机，相互之间存在间距并且它们的朝向相同；每组无影灯包括六盏能够调节射向的无影灯，每组无影灯均分成两行，CCD工业相机移动方向的每侧设置一行无影灯。
4.根据权利要求2所述的公路隧道及地铁隧道表观病害自动检测系统装置，其特征在于：所述板车上设有两条平行滑轨，固定滑块安装于滑轨上；位于中间的安装板水平布置，两侧的安装板与固定滑块用铰链相连，通过调整固定滑块位置以调整两侧安装板角度，使得三组相机的拍摄视角覆盖隧道衬砌表面。
5.根据权利要求2所述的公路隧道及地铁隧道表观病害自动检测系统装置，其特征在于：所述安装板上设有与行进方向同向的安装架；所述CCD工业相机固定在安装架上；所述无影灯通过底座固定在安装板上；底座包括底盘和三根调节杆，三根调节杆首尾依次铰接，首尾依次铰接的调节根一端与底盘固定，另一端与无影灯固定。
6.根据权利要求2所述的公路隧道及地铁隧道表观病害自动检测系统装置，其特征在于：所述每组CCD工业相机，中间的相机正对隧道衬砌；两侧的相机朝向中间倾斜，对同一点隧道衬砌病害图像进行不同角度的拍摄。
7.一种公路隧道及地铁隧道表观病害自动检测方法，其特征在于：
包括步骤(1)安装小车：安装动力系统、定位系统、识别系统、图像识别系统和照明系统于运载车辆上；
步骤(2)调节相机：调节相机的角度，使得每一组CCD工业相机的拍摄范围在隧道衬砌处重叠；
步骤(3)调节安装板：调节安装板的角度，使得三组CCD工业相机的拍摄范围覆盖整个隧道衬砌表面；
步骤(4)调节无影灯：调节无影灯的角度，减少隧道衬砌表因凹凸产生的阴影；
步骤(5)小车启动：启动动力系统，驱动运载车穿行于隧道内，并且保持直线运动；
步骤(6)获取图片：从图像识别系统导出拍摄图片，分析并得到隧道衬砌裂缝的形态、开度和长度信心；
步骤(7)获取定位：从定位系统获取裂缝位置，前往进行修补。
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