CN111391585B - 一种地铁隧道安全隐患多功能检测车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地铁隧道安全隐患多功能检测车，该检测车采用公轨两用底盘，可实现检测车在公路和轨道两种不同环境下的探测应用，并且可快速完成从公路路面到轨道面的行走切换；配置了操作室、多通道悬空探地雷达系统、裂缝探测系统和隧道表面三维信息采集系统，一次轨道作业即可实现地铁隧道衬砌病害、轨道底板病害、裂缝、形变和错台等安全隐患的快速探测。
Description
技术领域
本发明涉及隧道检测设备技术领域，更具体的说，它涉及一种地铁隧道安全隐患多功能检测车。
背景技术
随着城市的快速发展，地铁运营线路也在快速增长，伴随着长期投入使用，地铁隧道不可避免的会出现衬砌开裂，脱空和渗漏水等病害。目前地铁隧道病害检测多采用人工巡检，费时费力并且效率低下。一些常见的检测手段都具有明显的优缺点，无法兼顾隧道表面裂缝和背后衬砌病害的同步检测与病害的空间定位问题。因此，如何兼顾隧道表面和背后衬砌病害的同步检测与定位，提高检测效率和精度，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
针对目前地铁隧道病害检测效率低下以及无法兼顾隧道表面裂缝和背后衬砌病害的同步检测与病害的空间定位问题，本发明的目的在于提供一种地铁隧道安全隐患多功能检测车，一次轨道作业即可实现地铁隧道衬砌病害、轨道底板病害、裂缝、形变和错台等安全隐患的快速探测与定位，为地铁隧道的病害检测提供一种高效率检测方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种地铁隧道安全隐患多功能检测车，包括公轨两用底盘、多通道悬空探地雷达系统、裂缝探测系统、隧道表面三维信息采集系统和操作室。
进一步地，所述的地铁隧道安全隐患多功能检测车可实现检测车在公路和轨道两种不同环境下的探测应用，并且可快速完成从公路路面到轨道面的行走切换，一次轨道作业即可实现地铁隧道衬砌病害、轨道底板病害、裂缝、形变和错台等安全隐患的快速探测。
进一步地，所述的公轨两用底盘，分为公路行走系统和轨道行走系统；公路行走系统负责公路路面上的安全运行，包括前置车轮和后置车轮，前置车轮无动力输出，仅起导向作用，后置车轮提供动力输出；轨道行走系统负责公路轨道的转换以及轨道上的安全运行，包括：前导向和后导向两部分组成，其中前导向为单轮对承载模式，摆臂式结构无动力输出，仅起导向作用；后导向为二轴转向架承载模式，连杆框架结构。
进一步地，所述的多通道悬空探地雷达系统，该系统包括雷达主机控制单元、悬空雷达天线、机械臂、机械臂人工控制台。雷达主机控制单元安装在操作室内的主机机柜中，主机与悬空雷达天线通过电缆线连接。该系统中悬空雷达天线共有N个，2个天线安装在检测车的底部，用于探测地铁轨道底板下的病害，其余N-2个天线则分别安置于车体上方机械臂的顶端，且沿着隧道圆周方向呈均分分布，从而实现对隧道拱顶至墙角范围内衬砌探测的全覆盖，机械臂采用液压升降，目的是使得雷达天线距离被测面保持一定的高度，高度为0.3-0.6m；当隧道内部出现障碍物时，能将天线自动收回。机械臂人工控制台安装有操纵杆，主要用于在紧急情况下，依靠作业人员的手动调节来控制机械臂的升降高度并进行避障操作。
进一步地，所述的裂缝探测系统，该系统包括：线阵相机阵列控制单元、线阵相机和支架。线阵相机阵列控制单元安装在操作室内的主机机柜中，与线阵相机通过电缆线连接；支架安装在车体尾部，线阵相机则通过螺丝固定在支架上，且相机间呈均匀分布，从而实现对隧道拱顶至墙角范围内表面裂缝探测的全覆盖。线阵相机的个数根据相机的分辨能力以及探测的精度要求确定。
进一步地，所述的隧道表面三维信息采集系统，该系统包括：三维激光扫描仪、扫描仪主机控制单元和托板。扫描仪主机控制单元安装在操作室内的主机机柜中，且与三维激光扫描仪通过电缆线连接；三维激光扫描仪则通过螺丝固定安装在车头的托板上；该系统的功能是实现地铁隧道表面结构三维点云数据的采集。
进一步地，所述的操作室为一个独立的操作空间，内部包括主机机柜、显示屏幕和桌椅等辅助设备，其中主机机柜依次放置了雷达主机控制单元、线阵相机阵列控制单元、扫描仪主机控制单元，可实现参数设置、采集控制与数据存储等功能。
进一步地，多通道悬空探地雷达系统、裂缝探测系统和隧道表面三维信息采集系统之间的数据采集同步控制信号来源于测距轮编码器，该编码器安装固定在胶轮和轨轮的轮轴上，在检测车的行进中随着轮轴的转动而产生连续的脉冲信号。
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使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明地铁隧道安全隐患多功能检测车的整体结构示意图。
图2为公轨两用底盘前导向与三维激光扫描仪结构示意图。
图3为公轨两用底盘后导向结构示意图。
图4线阵相机及其支架结构示意图。
图5为操作室示意图。
其中1为公轨两用底盘，2为前置车轮，3为后置车轮，4为前导向，5为后导向，6为悬空雷达天线，7为机械臂，8为机械臂人工控制台，9为线阵相机，10为支架，11为托板，12为三维激光扫描仪，13为操作室，14为主机机柜，15为显示屏幕，16为测距轮编码器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动之前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种地铁隧道安全隐患多功能检测车，用于实现地铁隧道衬砌病害、轨道底板病害、裂缝、形变和错台等安全隐患的快速探测。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
请参考图1至图5，图1为本发明地铁隧道安全隐患多功能检测车整体结构示意图，图2为公轨两用底盘前导向与三维激光扫描仪结构示意图，图3为公轨两用底盘后导向结构示意图，图4线阵相机及其支架结构示意图，图5为操作室示意图。
本发明提供一种地铁隧道安全隐患多功能检测车，该一种地铁隧道安全隐患多功能检测车包括公轨两用底盘，配置了多通道悬空探地雷达系统、裂缝探测系统和隧道表面三维信息采集系统、操作室。
公轨两用底盘(1)，分为公路行走系统和轨道行走系统；公路行走系统负责公路路面上的安全运行，包括前置车轮(2)和后置车轮(3)，前置车轮无动力输出，仅起导向作用，后置车轮提供动力输出；轨道行走系统负责公路轨道的转换以及轨道上的安全运行，包括：前导向(4)和后导向(5)两部分组成，其中前导向为单轮对承载模式，摆臂式结构无动力输出，仅起导向作用；后导向为二轴转向架承载模式，连杆框架结构。
多通道悬空探地雷达系统，该系统包括雷达主机控制单元、悬空雷达天线(6)、机械臂(7)、机械臂人工控制台(8)。雷达主机控制单元安装在操作室内的主机机柜中，主机与悬空雷达天线通过电缆线连接。该系统中悬空雷达天线共有8个，2个天线安装在检测车的底部，用于探测地铁轨道底板下的病害，其余6个天线则分别安置于车体上方机械臂的顶端，且沿着隧道圆周方向呈均分分布，从而实现对隧道拱顶至墙角范围内衬砌探测的全覆盖，机械臂采用液压升降，目的是使得雷达天线距离被测面保持一定的高度，高度为0.4m；当隧道内部出现障碍物时，能将天线自动收回。机械臂人工控制台安装有操纵杆，主要用于在紧急情况下，依靠作业人员的手动调节来控制机械臂的升降高度并进行避障操作。
裂缝探测系统包括线阵相机阵列控制单元、线阵相机(9)和支架(10)。线阵相机阵列控制单元安装在操作室内的主机机柜中，与线阵相机通过电缆线连接；支架安装在车体尾部，线阵相机则通过螺丝固定在支架上，且相机间呈均匀分布，从而实现对隧道拱顶至墙角范围内表面裂缝探测的全覆盖。线阵相机的个数根据相机的分辨能力以及探测的精度要求确定。
隧道表面三维信息采集系统包括扫描仪主机控制单三维激光扫描仪(12)和和托板。扫描仪主机控制单元安装在操作室内的主机机柜中，与三维激光扫描仪通过电缆线连接；三维激光扫描仪通过螺丝固定在车头托板(11)上。该系统的功能是实现地铁隧道表面结构三维点云数据的采集。
操作室(13)为一个独立的操作空间，内部包括主机机柜(14)、显示屏幕(15)和桌椅等辅助设备，其中主机机柜依次放置了雷达主机控制单元、线阵相机阵列控制单元、扫描仪主机控制单元，可实现参数设置、采集控制与数据存储等功能。
多通道悬空探地雷达系统、裂缝探测系统和隧道表面三维信息采集系统之间的数据采集同步控制信号来源于测距轮编码器(16)，该编码器安装固定在胶轮与轨轮的轮轴上，在检测车的行进中随着轮轴的转动而产生连续的脉冲信号。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (17)
1.一种地铁隧道安全隐患多功能检测车，其特征在于：该地铁隧道安全隐患多功能检测车采用公轨两用底盘，该地铁隧道安全隐患多功能检测车采用公轨两用底盘，配置了多通道悬空探地雷达系统、裂缝探测系统和隧道表面三维信息采集系统、操作室；
沿检测车行进的方向，在检测车上依次配置实现地铁隧道表面结构三维点云数据采集的隧道表面三维信息采集系统、实现地铁隧道衬砌病害数据采集的多通道悬空探地雷达系统和实现地铁隧道表面裂缝数据采集的裂缝探测系统；
所述的多通道悬空探地雷达系统，该系统包括雷达主机控制单元、悬空雷达天线、机械臂，所述机械臂的顶端安装有悬空雷达天线；所述的隧道表面三维信息采集系统设置于多功能检测车的车头，所述机械臂与所述的隧道表面三维信息采集系统之间设有多功能检测车驾驶室以及操作室；
所述的机械臂采用液压升降，在内部控制系统的调节下，使得雷达天线距离被测面保持一定的高度；当隧道内部出现障碍物时，能将天线自动收回以实现避障的目的。
2.根据权利要求1所述的地铁隧道安全隐患多功能检测车，其特征在于：所述的地铁隧道安全隐患多功能检测车可实现检测车在公路和轨道两种不同环境下的探测应用，并且可快速完成从公路路面到轨道面的行走切换；一次轨道作业即可实现地铁隧道衬砌病害、轨道底板病害、裂缝、形变和错台等安全隐患的快速探测。
3.根据权利要求1所述的地铁隧道安全隐患多功能检测车，其特征在于：所述的公轨两用底盘(1)，分为公路行走系统和轨道行走系统；公路行走系统负责公路路面上的安全运行，包括前置车轮(2)和后置车轮(3)，前置车轮无动力输出，仅起导向作用，后置车轮提供动力输出；轨道行走系统负责公路轨道的转换以及轨道上的安全运行，包括：前导向(4)和后导向(5)两部分组成，其中前导向为单轮对承载模式，摆臂式结构无动力输出，仅起导向作用；后导向为二轴转向架承载模式，连杆框架结构。
4.根据权利要求1所述的地铁隧道安全隐患多功能检测车，其特征在于：所述的多通道悬空探地雷达系统还包括机械臂人工控制台(8)。
5.根据权利要求4所述的地铁隧道安全隐患多功能检测车，其特征在于：所述的雷达主机控制单元安装在操作室内的主机机柜(14)中，主机与悬空雷达天线通过电缆线连接。
6.根据权利要求4所述的地铁隧道安全隐患多功能检测车，其特征在于：所述的多通道悬空探地雷达系统，共有N个悬空雷达天线，2个天线安装在检测车的底部，用于探测地铁轨道底板下的病害，其余N-2个天线则分别安置于车体上方机械臂的顶端，且沿着隧道圆周方向呈均分分布，从而实现对隧道拱顶至墙角范围内衬砌病害的全覆盖探测。
7.根据权利要求4所述的地铁隧道安全隐患多功能检测车，其特征在于：所述雷达天线距离被测面的高度为0.3-0.6m。
8.根据权利要求4所述的地铁隧道安全隐患多功能检测车，其特征在于：所述的机械臂人工控制台安装有操纵杆，主要用于在紧急情况下，依靠作业人员的手动调节来控制机械臂的升降高度并进行避障操作。
9.根据权利要求1所述的地铁隧道安全隐患多功能检测车，其特征在于：所述的裂缝探测系统，该系统包括：线阵相机阵列控制单元、线阵相机(9)和支架(10)，其功能是实现地铁隧道表面裂缝的数据采集；线阵相机的个数根据相机的分辨能力以及探测的精度要求确定。
10.根据权利要求9所述的地铁隧道安全隐患多功能检测车，其特征在于：所述的线阵相机阵列控制单元安装在操作室内的主机机柜(14)中，且与线阵相机通过电缆线连接。
11.根据权利要求9所述的地铁隧道安全隐患多功能检测车，其特征在于：所述的支架(10)安装在车体尾部，线阵相机则通过螺丝固定在支架上，且相机间呈均匀分布，从而实现对隧道拱顶至墙角范围内表面裂缝的全覆盖探测。
12.根据权利要求1所述的地铁隧道安全隐患多功能检测车，其特征在于：所述的隧道表面三维信息采集系统，主要包括了扫描仪主机控制单元、三维激光扫描仪(12)和托板(11)。
13.根据权利要求12所述的地铁隧道安全隐患多功能检测车，其特征在于：所述的扫描仪主机控制单元安装在操作室内的主机机柜(14)中，且扫描仪主机控制单元与三维激光扫描仪通过电缆线连接。
14.根据权利要求12所述的地铁隧道安全隐患多功能检测车，其特征在于：所述的三维激光扫描仪通过螺丝固定安装在车头的托板(11)处。
15.根据权利要求1所述的地铁隧道安全隐患多功能检测车，其特征在于：所述的操作室(13)，操作室为一个独立的操作空间，内部包括主机机柜(14)、显示屏幕(15)和桌椅等辅助设备。
16.根据权利要求15所述的地铁隧道安全隐患多功能检测车，其特征在于：所述的主机机柜(14)，主机机柜内依次放置了雷达主机控制单元、线阵相机阵列控制单元、扫描仪主机控制单元，可实现参数设置、采集控制与数据存储等功能。
17.根据权利要求1所述的地铁隧道安全隐患多功能检测车，其特征在于：多通道悬空探地雷达系统、裂缝探测系统和隧道表面三维信息采集系统之间的数据采集同步控制信号来源于测距轮编码器(16)；该编码器分别安装固定在胶轮和轨轮的轮轴上，在检测车的行进中随着轮轴的转动而产生连续的脉冲信号。
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| GR01 | Patent grant | ||
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