CN110855939A - 基于人工智能的隧道内仿生摄像装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于人工智能的隧道内仿生摄像装置及方法，包括壳体，壳体上设有探测系统、自动报警系统、控制系统和无线传输系统；探测系统对四周进行全方位的实时探测；在壳体的正前方的若干“复眼”摄像头，实时多角度范围采集隧道内的高清图像；距离传感器、“复眼”摄像头均与控制系统相连，控制系统根据距离传感器和“复眼”摄像头探测的目标体位置信息进行实时计算各个时刻的目标体位置信息判定是否启动自动报警系统；且控制系统通过无线传输系统将仿生摄像装置拍摄到的洞内施工状态和掌子面情况实时传输到远程服务端，并接收远程服务端的控制指令。本发明基于仿生学的结构设计具有安全高效、方便快捷、监测结果准确等优点。

Description

基于人工智能的隧道内仿生摄像装置及方法
技术领域
本发明涉及一种基于人工智能的隧道内仿生摄像装置及方法。
背景技术
随着我国经济建设的飞速发展，越来越多的铁路公路以及海底隧道开始大量兴建。在隧道工程建设过程中，为实时监测隧道内实际情况，一般都会在隧道内装置各种摄像等数码装置。无论是铁路公路隧道还是海底隧道，当采用钻爆法施工时，各种岩爆或爆破产生的松散碎石都会蹦向四面八方，会对隧洞内的各类设施造成一定的破坏。隧道中的摄像装置等属于易碎的设施，很容易受到崩塌碎石的冲击破坏。而且隧道内复杂环境下的摄像装置等功能也比较简单，仅仅是监测隧道内的施工状况。因此，在实际工程中，必须考虑到隧道内爆破或岩爆等带来的不良影响，对隧道摄像等易碎装置的保护和功能的扩展也成为现场施工中必须考虑到的重点。
目前，对隧道内摄像装置的保护和功能扩展面临着一系列难以处理的问题。
具体问题如下：
1.一般隧道内摄像装置为固定装置，仅仅记录现场施工情况，且只能监测某个固定范围，不能实时高效监测全方位的隧道内状况；
2.隧道内施工时灰尘较大，经常会造成摄像头屏幕模糊，降低清晰度，给隧道外的监测人员带来较大的困扰，不能及时准确了解隧道内情况；
3.当摄像装置表面布满灰尘后，无法进行自我清理，给后期监测带来不便，且装置处于高处，人工清理也有安全隐患；
4.由于摄像头为固定装置，当有爆破时摄像装置不能及时进行自我保护，容易造成破坏和不必要的损失，破坏后不易进行维修且耽误时间；
5.当隧道内掌子面产生较大位移时，摄像装置不能及时反馈，容易造成掌子面坍塌和附近位置的塌方等危害。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于人工智能的隧道内仿生摄像装置。由自然规律优胜劣汰的生物结构纷繁多样，形态万千，但它们无一不遵守生物界的竞争法则。本发明基于仿生学的结构设计具有安全高效、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人工智能的隧道内仿生摄像装置，包括壳体，所述壳体内设有供电供电系统、探测系统、智能感知系统、自动报警系统、坐标定位系统、控制系统和无线传输系统；
所述的供电系统整个装置提供电源；
所述的探测系统包括设置在壳体的正前方的若干“复眼”摄像头，实时多角度范围采集隧道内的高清图像，类似于苍蝇的眼睛可准确定位目标体的位置；
所述的智能感知系统包括距离传感器，在所述壳体顶部设有旋转杆，在所述的旋转杆上安装有圆盘，在圆盘的四周设置所述的距离传感器；所述的距离传感器感知仿生摄像装置主体附近的碎石目标体信息，进行实时动态的防爆保护；
所述的智能感知系统、探测系统均与坐标定位系统相连，所述的坐标定位系统根据智能感知系统、探测系统所拍摄范围内各个时刻的目标体位置信息，作为判断掌子面位移大小和防爆自我保护的基准；所述的控制系统根据坐标定位系统确认的位置信息进而判定是否启动自动报警系统；且所述的控制系统通过无线传输系统将仿生摄像装置拍摄到的洞内施工状态和掌子面情况实时传输到远程服务端，并接收远程服务端的控制指令。
作为进一步的技术方案，所述的距离传感器的探头可以在控制系统的控制下自动伸缩。
作为进一步的技术方案，所述“复眼”摄像头上部有防爆材料制作的防爆片，所述防爆片内部设有毛刷，所述的防爆片通过旋转轴与壳体相连，所述的旋转轴与微型伺服电机相连，所述的微型伺服电机与所述的控制系统相连；当有防爆需要或清除镜头表面灰尘时，防爆片会自动关闭。
作为进一步的技术方案，所述的自动报警系统包括与控制系统相连的声音报警系统和指示灯，所述的指示灯安装在壳体的外表面，通过指示灯的变化和声音警报来指示隧道内掌子面的安全程度。
作为进一步的技术方案，所述的旋转杆可根据远程服务端的控制指令或控制系统的指令进行旋转进行防爆自我保护。
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：
仿生摄像装置悬挂在隧道内某一拱顶或附近位置处，启动供电系统为整个系统进行供电，正式准备开始监测工作模式；
仿生摄像装置四周的多个距离传感器开始伸出，在监测过程中可伸缩性探头不断地获得四周区域的目标体位置距离信息，探头可选择性地伸出能够测量的最大范围；
若干个“复眼”摄像头会实时记录拍摄角度范围内的各个物体，坐标定位系统有效计算仿生摄像装置自身与所拍物体的方位和距离信息，从而有利于做出更快速的判断和反应；
“复眼”摄像头或距离传感器可相互结合，若监测到有目标体靠近时，控制系统迅速做出反应，控制旋转杆旋转180°且同时自动关闭防爆片，同时距离传感器均会自动缩进装置内，数分钟内可自动重新启动装置继续监测，具体时间可自行设置；
若“复眼”摄像头监测到掌子面位移超过了限定值时，控制系统会启动自动报警系统，隧道内会有警报声响起、信号灯不断闪烁，同时会通过无线传输系统将警报情况实时传输到隧道外远程服务端；
不断重复，实时监测隧道内掌子面和其他施工情况。
作为进一步的技术方案，若“复眼”摄像头被灰尘覆盖，可通过无线传输系统下达指令开启防爆片的清理功能，把灰尘扫去直至摄像清晰位置。
与现有技术相比，本发明基于仿生学结构设计的仿生摄像装置有益效果为：
1、本发明仿生摄像装置可旋转，可以全方位的监测隧道内施工状况，获得隧道内各个区域的物体位置信息，有效保证了隧道内工人的安全作业；
2、本发明的“复眼”摄像头是根据苍蝇的眼睛来制作的，若干个镜头一起工作可更大范围地拍摄洞内施工状况，有利于计算拍摄装置自身与所拍摄物体的相关位置和距离等信息，不仅为防爆功能提供判定条件，还能更加准确地将掌子面位移信息实时记录下来，可为掌子面沉降预警提供判定条件，更加有效保证了隧道内工人的安全作业；
3、本发明可以根据距离传感器和“复眼”摄像头所监测到的信息来综合判定是否旋转摄像头和关闭防爆片，可以巧妙的起到防爆的作用；
4、本发明中的防爆片是根据动物的眼皮保护眼睛的原理由防爆材料做成，不仅可以保护若干“复眼”摄像头被爆破或岩爆产生的碎石击中，还可以通过隧道外远程服务端的指令进行开启关闭的循环来达到清理镜片上灰尘的目的，可更加清楚的拍摄隧道内施工情况；
5、本发明的距离传感器可以在黑暗中工作，即使隧道中光线不足摄像不清楚，距离传感器也能正常工作为防爆起到判定作用；
6、本发明实时监测隧道掌子面位移情况，可通过报警系统(声音和灯光)来提示掌子面是否存在风险。
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为本发明探头与传感器示意图；
图3为本发明隧道仿生摄像装置监测示意图；
图4为本发明操作步骤简化流程图。
其中，1.“复眼”摄像头，2.防爆片，3.指示灯，4.旋转杆，5.距离传感器探头，6.伸缩性节点，7.圆盘，8.掌子面。
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。
正如背景技术部分所描述的，在现有的隧道内摄像装置为固定装置，仅仅记录现场施工情况，且只能监测某个固定范围，不能实时高效监测全方位的隧道内状况；隧道内施工时灰尘较大，经常会造成摄像头屏幕模糊，降低清晰度，给隧道外的监测人员带来较大的困扰，不能及时准确了解隧道内情况；当摄像装置表面布满灰尘后，无法进行自我清理，给后期监测带来不便，且装置处于高处，人工清理也有安全隐患；由于摄像头为固定装置，当有爆破时摄像装置不能及时进行自我保护，容易造成破坏和不必要的损失，破坏后不易进行维修且耽误时间；当隧道内掌子面产生较大位移时，摄像装置不能及时反馈，容易造成掌子面坍塌和附近位置的塌方等危害。为了解决该问题，本发明提出了一种基于人工智能的隧道内仿生摄像装置。
实施例1
如图1所示，本实施提出的基于人工智能的隧道内仿生摄像装置，包括仿生摄像装置主体、“复眼”摄像头、防爆片、指示灯、旋转杆、距离传感器探头、伸缩性节点、圆盘等。
仿生摄像装置主体为一个壳体，壳体上部设置有旋转杆4，可根据远程服务端的控制指令或智能感知系统等旋转进行防爆自我保护；旋转杆4上安装有圆盘7，圆盘四周设置至少六个可伸缩的距离传感器5，对四周进行全方位的实时探测，同时防爆时可自动收缩；当然不难理解的，具体的距离传感器5的设置个数根据实际要求进行设置；
装置主体上设置有若干“复眼”摄像头1，实时多角度范围采集隧道内的高清图像，类似于苍蝇的眼睛可准确定位目标体的位置；装置主体可通过上部旋转杆进行自我旋转，四周的传感器探头会自动伸出，以及若干“复眼”摄像头1都对四周的区域进行监测，获取某个位置及附近全方位的位置信息及变化情况；“复眼”摄像头1上部有防爆材料制作的防爆片2，防爆片2内部设有毛刷，类似动物的眼皮可保护镜头保持干净整洁，当有防爆需要或清除镜头表面灰尘时，防爆片会自动关闭；防爆片2通过旋转轴与仿生摄像装置主体相连，所述的旋转轴与微型伺服电机相连，所述的微型伺服电机与控制系统相连；当有防爆需要或清除镜头表面灰尘时，通过控制旋转轴的旋转控制防爆片2的自动关闭。
进一步的，装置主体上部设置有一圈指示灯3，通过指示灯的变化和声音警报来指示隧道内掌子面的安全程度。
进一步的，上述的供电系统设在仿生摄像装置主体内部，通过供电系统给整个摄像装置提供电力，支持监测感知功能，保证了仿生摄像装置在隧道内能够正常、持续、高效地完成作业。
智能感知系统设在仿生摄像装置主体上部，包括多个距离传感器，可通过装置上部四周的可伸缩性探头对所监测区域及周围区域进行目标体动态位置信息进行监测，能够尽可能地获得装置周围物体的动态变化信息；
坐标定位系统为一个数据存储和处理模块，其随时随地得记录“复眼”摄像头所拍摄到物体的各像素点位置信息，记录信息可作为判断掌子面位移大小和防爆自我保护的基准，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，当有大变形等危险情况产生时能及时做出补救措施；
智能感知系统可以根据距离传感器所获得的信息感知附近障碍物信息，根据所感知信息，若遇到动态物体靠近则自动通过智能化地快速转动摄像装置180°并同时快速关闭防爆片；若无动态物体靠近则继续进行作业。控制系统智能化地自动调节“复眼”摄像装置的方向和开关防爆片以避免碎石等冲击破坏，可以使摄像装置工作更加的智能化和自动化，减少不必要的破坏和浪费。
自动报警系统设在仿生摄像装置主体内部，与控制系统相连；根据“复眼”摄像头所拍摄的掌子面各像素点的三维坐标位置信息，控制系统智能化判断是否开启自动报警系统，若掌子面位移超过限定值则报警系统自动开启，警报灯闪烁并有警报声响起；
无线传输系统设在仿生摄像装置主体内部，与控制系统相连；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同时作为洞内洞外的联系纽带，确保仿生摄像装置能有效受到工作人员监督使其正常作业；
如图2所示，传感器设在摄像装置四周的可伸缩性探头上，能感知摄像装置四周的物体动态位置信息，结合控制系统控制“复眼”摄像头的方向和防爆片的开关，及时安全躲开前方飞行的碎石，保证监测工作的正常有序进行；
如图3和图4所示，一种基于人工智能的隧道内仿生摄像装置，工作步骤如下：
仿生摄像装置悬挂在隧道内某一拱顶或附近位置处，启动供电系统、探测系统和智能感知系统等，正式准备开始监测工作模式；
仿生摄像装置四周6个距离传感器开始伸出，在监测过程中可伸缩性探头不断地获得四周区域的目标体位置距离等信息，探头可选择性地伸出能够测量的最大范围；
若干个“复眼”摄像头会实时记录拍摄角度范围内的各个物体，控制系统内的坐标定位模块有效计算仿生摄像装置自身与所拍物体的方位和距离等信息，从而有利于做出更快速的判断和反应；
“复眼”或距离传感器可相互结合，若监测到有目标体如爆破产生的碎石等靠近时，仿生摄像装置会根据反馈系统迅速做出反应，会围绕旋转杆旋转180°且同时自动关闭防爆片，同时距离传感器均会自动缩进装置内，数分钟内可自动重新启动装置继续监测，具体时间可自行设置；
若“复眼”监测到掌子面位移超过了限定值时，会启动自动报警系统，隧道内会有警报声响起、信号灯不断闪烁，同时会通过无线传输系统将警报情况实时传输到隧道外远程服务端；
不断重复，实时监测隧道内掌子面和其他施工情况。
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 (8)

1.一种基于人工智能的隧道内仿生摄像装置，其特征在于，包括壳体，所述壳体内设有供电供电系统、探测系统、智能感知系统、自动报警系统、坐标定位系统、控制系统和无线传输系统；
所述的供电系统整个装置提供电源；
所述的探测系统包括设置在壳体的正前方的若干“复眼”摄像头，实时多角度范围采集隧道内的高清图像，类似于苍蝇的眼睛可准确定位目标体的位置；
所述的智能感知系统包括距离传感器，在所述壳体顶部设有旋转杆，在所述的旋转杆上安装有圆盘，在圆盘的四周设置所述的距离传感器；所述的距离传感器感知仿生摄像装置主体附近的碎石目标体信息，进行实时动态的防爆保护；
所述的智能感知系统、探测系统均与坐标定位系统相连，所述的坐标定位系统根据智能感知系统、探测系统所拍摄范围内各个时刻的目标体位置信息，作为判断掌子面位移大小和防爆自我保护的基准；所述的控制系统根据坐标定位系统确认的位置信息进而判定是否启动自动报警系统；且所述的控制系统通过无线传输系统将仿生摄像装置拍摄到的洞内施工状态和掌子面情况实时传输到远程服务端，并接收远程服务端的控制指令。
2.如权利要求1所述的基于人工智能的隧道内仿生摄像装置，其特征在于，所述的距离传感器的探头可以在控制系统的控制下自动伸缩。
3.如权利要求1所述的基于人工智能的隧道内仿生摄像装置，其特征在于，所述“复眼”摄像头上部有防爆材料制作的防爆片，所述防爆片内部设有毛刷。
4.如权利要求3所述的基于人工智能的隧道内仿生摄像装置，其特征在于，所述的防爆片通过旋转轴与壳体相连，所述的旋转轴与微型伺服电机相连，所述的微型伺服电机与所述的控制系统相连。
5.如权利要求1所述的基于人工智能的隧道内仿生摄像装置，其特征在于，所述的自动报警系统包括与控制系统相连的声音报警系统和指示灯，所述的指示灯安装在壳体的外表面，通过指示灯的变化和声音警报来指示隧道内掌子面的安全程度。
6.如权利要求1所述的基于人工智能的隧道内仿生摄像装置，其特征在于，所述的旋转杆可根据远程服务端的控制指令或控制系统的指令进行旋转进行防爆自我保护。
7.一种基于权利要求1-6任一所述的基于人工智能的隧道内仿生摄像装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
仿生摄像装置悬挂在隧道内某一拱顶或附近位置处，启动供电系统为整个系统进行供电，正式准备开始监测工作模式；
仿生摄像装置四周的多个距离传感器开始伸出，在监测过程中可伸缩性探头不断地获得四周区域的目标体位置距离信息，探头可选择性地伸出能够测量的最大范围；
若干个“复眼”摄像头会实时记录拍摄角度范围内的各个物体，坐标定位系统有效计算仿生摄像装置自身与所拍物体的方位和距离信息，从而有利于做出更快速的判断和反应；
“复眼”摄像头或距离传感器可相互结合，若监测到有目标体靠近时，控制系统迅速做出反应，控制旋转杆旋转180°且同时自动关闭防爆片，同时距离传感器均会自动缩进装置内，数分钟内可自动重新启动装置继续监测，具体时间可自行设置；
若“复眼”摄像头监测到掌子面位移超过了限定值时，控制系统会启动自动报警系统，隧道内会有警报声响起、信号灯不断闪烁，同时会通过无线传输系统将警报情况实时传输到隧道外远程服务端；
不断重复，实时监测隧道内掌子面和其他施工情况。
8.如权利要求7所述的工作方法，其特征是：若“复眼”摄像头被灰尘覆盖，可通过无线传输系统下达指令开启防爆片的清理功能，把灰尘扫去直至摄像清晰位置。
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