CN111537524A - 地铁隧道病害智能监测装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地铁隧道病害智能监测装置，包含承载单元、驱动单元、数据采集单元、控制单元；承载单元包含车体；驱动单元包含电机；数据采集单元包含安装座；安装座连接支撑板、摄像头、红外扫描器、全息投影器；控制单元包含MCU。本发明还涉及地铁隧道病害智能监测装置的使用方法，包含步骤：将本监测装置放置于起点，初始化定位；激活设备；计算路径，车体运动；采集数据；数据预处理后保存；全息投影器即时将显示；实时分析数据，得到病害分析结果，建立隧道病历；即时显示。本发明自动巡检，实时回传病害信息，速度快、信息准确，即时得出病害分析结果，无人工参与，监测效率提升，漏检率降低；杜绝人员安全问题减少震动，稳固。

Description

地铁隧道病害智能监测装置及使用方法

技术领域

本发明涉及地铁隧道病害监测技术领域，具体地涉及地铁隧道病害智能监测装置及使用方法。

背景技术

新时代的中国正处于城市化进程的重要阶段，城市发展需要基础设施提档升级，轨道交通管网建设是新基础设施的显著标志。随着轨道交通建设和人工智能成为经济社会发展的新引擎、新动能，地铁建设作为改善城市交通状况的重要方式已成为破解城市发展难题、内涵城市发展动力和拓展城市发展空间的主要举措。

中国城市轨道交通协会《城市轨道交通2019年度统计和分析报告》指出，截至2019年底，中国大陆地区(不含港澳台)共有40个城市开通城市轨道交通(以下简称城轨交通)运营线路208条，运营线路总长度6736.2公里；其中，地铁运营线路5180.6公里，占比76.9％；在实施的建设规划线路总长7339.4公里(不含已开通运营线路)。

地铁运营过程中，以混凝土材料为主的隧道结构出现渗漏水或者裂缝、剥落等表观缺陷，以及隧道断面形变，都是无法避免的病害现象，而且病害机理的长期发展对随到的安全性造成不可逆转的负面影响。因此，在地铁运营中对隧道结构的维护是为保障隧道长期运营的必要手段。

目前主流的运营隧道的日常监测工作方法，仍然是采用人工作业；人工作业分为两种：人工巡检和人工助力巡检。

人工巡检即由监测人员进入待监测隧道，步行走完全程；全程采用监测人员随身携带的设备对隧道的各部分逐一检查，效率极低，非常容易漏检。

人工助力巡检则是将大部分地铁隧道病害监测传感器的安装都依靠简单的结构支架固定在监测车辆上，监测人员仍然步行对隧道的各部分逐一检查，监测车辆随人速度前行；在监测过程中，检测车辆仅仅只是一个监测设备的载具，具体的病害识别、确认工作仍然需要人工参与；例如，隧道衬砌裂缝的监测，是采用人工肉眼识别，然后用标尺测量，相机拍照记录裂缝特质形态，人工记录裂缝位置信息。对于拱腰以上和拱顶的衬砌裂缝监测，则需要采用脚手架或者高空升降平台车，监测人员才能近距离接触到隧道内壁，采用手电筒照明，肉眼查看拱腰和拱顶的病害。

由上可知，人工助力巡检的监测车辆及人工作业的方法具有以下缺陷：

1.人工作业准确率低，容易漏检，且监测效率低；

2.在监测过程中，人员安全性差；

3.病害数据的采集过程离不开传感器的参与，现阶段运行过程中机械振动、固定安装的不牢固等问题都会对数据采集产生不良影响，甚至造成传感器不可逆损坏。

发明内容

本发明针对上述问题，提供地铁隧道病害智能监测装置及使用方法，自动寻径、自动巡检，使巡检过程中由传感器实时回传病害信息，速度快、信息准确；采用计算机自动对回传的各种数据信息进行判断分拣，即时得出病害分析结果，使人工无需参与，使监测效率得到极大提升，使漏检率极大降低。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

地铁隧道病害智能监测装置，适用于在地铁隧道的日常病害监测工作中替代人工作业，包含用于装载本监测装置其他部件的承载单元、用于驱动本监测装置运动的驱动单元、用于采集隧道图像数据的数据采集单元和用于控制本监测装置工作的控制单元；其中：

所述承载单元包含车体、导向轮和伸缩杆；所述车体为箱状容器，前部外侧与所述伸缩杆的一端铰接，底部外侧安装有所述导向轮；

所述驱动单元包含用于驱动所述导向轮转动的电机，固定安装在所述车体内部；所述电机通过传送带或链条与所述导向轮转动连接；

所述数据采集单元包含用于承载所述数据采集单元其他部件的安装座；所述安装座为环形，底部与所述伸缩杆的另一端活动连接；所述安装座的两侧分别固定连接有与所述安装座形状相同的支撑板；所述支撑板的外边缘铺设有电光源；在两个所述支撑板之间的所述安装座的外边缘，设置有若干摄像头、若干红外扫描器和若干全息投影器；所述摄像头、红外扫描器共同采集所述隧道图像数据；所述隧道图像数据包含由所述摄像头采集的视频信息和由所述红外扫描器采集的隧道沉降信息和位移信息；

所述控制单元包含固定安装在所述车体内的MCU；所述摄像头、红外扫描器和全息投影器都与所述MCU电信号连接；所述MCU接收来自所述摄像头、红外扫描器的所述隧道图像数据，并转发给所述全息投影器；所述全息投影器将所述隧道图像数据存储；所述控制单元与所述驱动单元电信号连接，向所述驱动单元发送驱动指令；所述驱动单元根据接收的驱动指令，驱动导向轮运动，进而带动车体在轨道上运动。

优选地，所述导向轮有四个，通过四个隔振器对称安装在所述车体底部外侧的四个角上；所述隔振器为BE型橡胶隔振器；

所述伸缩杆为气动伸缩杆或液压伸缩杆或手动伸缩杆，通过驱动体铰接在所述车体前部外侧；所述驱动体为由电信号控制的气缸或液压缸，与所述MCU电信号连接，接收来自所述控制单元的伸缩杆调节信号，并根据所述伸缩杆调节信号调整所述伸缩杆的转动角度和伸展长度；

所述车体顶部前端的外侧设有一个内凹的用于放置非工作状态的数据采集单元的第一容纳腔。

优选地，所述安装座的形状为与隧道横截面呈相似形的环状；两个所述支撑板之间安装有两个保护板；所述保护板与所述安装座外缘形状相同，分别活动插接在两个支撑板靠近所述摄像头的一侧，可自由伸出或缩入所述支撑板；每个所述保护板可自由伸出的高度为两个所述支撑板之间垂直距离的一半。

优选地，所述车体顶部固定安装有显示屏；所述显示屏与所述MCU电信号连接，接收并实时显示所述隧道图像数据；

所述控制单元还包含固定安装在所述车体内的用于实现给本监测装置定位的定位仪；所述定位仪与所述MCU电信号连接，将采集到的位置数据实时发送给MCU。

优选地，所述控制单元还包含固定安装在所述安装座上的若干激光测距仪；所述激光测距仪成矩阵式分布，与所述MCU电信号连接，将采集到的相对距离数据和病变精准深度数据传送给MCU；所述相对距离数据是指本监测装置到地铁隧道壁的距离。

优选地，所述MCU采用AVR微控制器；所述摄像头、红外扫描器、全息投影器、定位仪、显示屏和激光测距仪通过3片ATmega162芯片的RS232串口与所述MCU电信号连接；2个ATmega162芯片由2个管脚相连，并使用软件模拟串口通讯。

优选地，所述控制单元还包含用于与远程控制中心进行信息交互的无线信息收发器。

地铁隧道病害智能监测装置的使用方法，包含如下步骤：

S100.人工将本监测装置放置于地铁隧道的需监测段的起点，由所述定位仪对本监测装置进行初始化定位；所述MCU在接收到所述位置数据后，激活所述摄像头、红外扫描仪、全息投影器、定位仪、显示屏、激光测距仪和电光源；

S200.MCU根据位置数据和预存在MCU中的轨道地图，计算遍历隧道的路径，然后对所述驱动单元发送驱动指令；所述驱动单元根据接收的驱动指令，驱动导向轮运动，进而带动车体在轨道上运动；所述定位仪和激光测距仪在本监测装置运动过程中即时将采集到的位置数据和相对距离数据传送给MUC。

S300.所述摄像头和红外扫描仪在本监测装置运动过程中，即时将所述隧道图像数据传送给MCU；MCU将所述隧道图像数据进行预处理后保存；MCU同步将所述隧道图像数据发送给所述全息投影器；所述全息投影器即时将接收到的所述隧道图像数据在所述显示屏上显示；

S400.在本监测装置运动过程中，所述MCU根据预置与其中的病害监测算法，对接收到的所述隧道图像数据实时分析，得到病害分析结果，并建立隧道病历；MCU即时将所述病害分析结果通过所述全息投影器在所述显示屏上显示。

S500.MCU根据接收到的位置信息判定已到达所述需监测段的终点，向所述驱动单元发送驱动指令；所述驱动单元根据接收的驱动指令，停下导向轮运动，进而带动车体在轨道上停止运动；所述MCU在确认本监测装置完全停止后，待机所述摄像头、红外扫描仪、全息投影器、定位仪、显示屏和激光测距仪，同时关停所述电光源；一次使用过程至此结束退出。

优选地，S400中所述对接收到的所述隧道图像数据实时分析，得到病害分析结果，包含以下步骤：

S410.所述MCU根据摄像头采集的视频信息判定当前被扫描的隧道段是否存在病害，并根据判定结果进行如下操作：

如无病害，则MCU继续对所述驱动单元发出驱动指令，引导驱动单元继续驱动本监测装置前进运动；

或，

如有病害，则MCU向所述驱动单元发送驱动指令；所述驱动单元根据接收的驱动指令，停下导向轮运动，进而带动车体在轨道上停止运动；然后MCU结合所述红外扫描器采集并传来的隧道沉降信息和位移信息，确定隧道的病变等级；最后MCU再结合所述激光测距仪采集并传来的病变精准深度数据，计算得到所述病害分析结果，并通过所述全息投影器在所述显示屏上显示。

优选地，在S100～S500中，所述MCU实时向所述远程控制中心发送所述位置数据、视频信息、隧道沉降信息和位移信息、病变等级、病变精准深度数据和病害分析结果；

在S100～S500中，所述MCU实时接收并执行来自所述远程控制中心传来的操作指令。

本发明与现有技术对比，具有以下优点：

1.自动寻径、自动巡检，巡检过程中由传感器实时回传病害信息，速度快、信息准确，计算机自动对回传的各种数据采用进行判断，即时得出病害分析结果，无需人工参与，监测效率得到极大提升，漏检率极大降低；

2.由于无需监测人员进入现场，从而彻底杜绝了人员安全问题；

3.多处采用了隔振器，大幅度减少了本装置的震动，使本装置相对稳固，保障了传感器的安全和稳定，也保障了回传数据较少受震动影响，精度更高。

附图说明

图1为本发明具体实施例的整体结构示意图；

图2为本发明具体实施例的安装座的立体结构图；

图3为本发明具体实施例的安装座的侧视图；

图4为本发明具体实施例的地铁隧道病害智能监测装置的使用方法的流程图。

其中，1.车体，2.导向轮，3.驱动体，4.安装板，5.定位仪，6.第一容纳腔，7.第二容纳腔，8.数据采集单元，9.安装座，10.支撑板，11.保护板，12.驱动单元，13.显示屏，14.摄像头，15.红外扫描仪，16.全息投影器，17.伸缩杆。

具体实施方式

下面结合具体实施例，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。

如图1所示，地铁隧道病害智能监测装置，适用于在地铁隧道的日常病害监测工作中替代人工作业，包含用于装载本监测装置其他部件的承载单元、用于驱动本监测装置运动的驱动单元12、用于采集隧道图像数据的数据采集单元8和用于控制本监测装置工作的控制单元；其中：

承载单元包含车体1、导向轮2和伸缩杆17；车体1为箱状容器，前部外侧与伸缩杆17的一端铰接，底部外侧安装有导向轮2；车体1的作用在于为数据采集单元8和、驱动单元12和控制单元提供安装载体，并提供监测单元相对地铁隧道运动的基体。

导向轮2有四个，每个导向轮2通过四个隔振器对称安装在车体1底部外侧的四个角上；隔振器为BE型橡胶隔振器；隔振器用于当车体1速度发生变化或者导向轮2与地铁轨道之间发生抖动时，可通过隔振器以降低其对车体1上数据采集单元8的数据采集影响。

伸缩杆17为气动伸缩杆17或液压伸缩杆17或手动伸缩杆17，通过驱动体3铰接在车体1前部外侧；驱动体3为由电信号控制的气缸或液压缸，与MCU电信号连接，接收来自控制单元的伸缩杆17调节信号，并根据伸缩杆17调节信号调整伸缩杆17的转动角度和伸展长度。

车体1顶部前端的外侧设有一个内凹的用于放置非工作状态的数据采集单元8的第一容纳腔6，并在车体1的侧面设有与伸缩杆17配合的第二容纳腔7。在数据采集单元8不工作时，驱动缸体的伸缩杆17处于收缩状态，伸缩杆17也处于收缩状态，伸缩杆17收纳至第二容纳腔7内，而数据采集单元8的安装座9与伸缩杆17的中心线呈90°状态，此时，数据采集单元8收容在第一容纳腔6内，与车体1的顶部呈水平状态。而在使用时，驱动体3驱使伸缩杆17相对车体1运动，使其于车体1呈一定角度，而推动数据采集单元8相对伸缩杆17转动，调整其工作角度，从而以保证其数据采集的准确性。通过上述的结构设计，使得数据采集单元8在使用时，可以自动伸展，而不使用时，处于收容状态，提高其使用寿命，节省空间，确保数据采集单元8的数据采集准确性。

车体1顶部固定安装有显示屏；显示屏与MCU电信号连接，接收并实时显示隧道图像数据。

驱动单元12包含用于驱动导向轮2转动的电机，固定安装在车体1内部；电机通过传送带或链条与导向轮2转动连接；驱动单元12用于为车体1提供运动动力。

数据采集单元8包含用于承载数据采集单元8其他部件的安装座9，用于获取采集地铁隧道的图像信息；安装座9为环形，底部通过一个安装板4与伸缩杆17的另一端活动连接，通过安装板4的活动，安装座9可以在伸缩杆17上折叠运动；安装板4与伸缩杆17之间还设有隔振器，避免对数据采集产生影响。

如图2所示，安装座9的形状为与隧道横截面呈相似形的环状；两个支撑板10之间安装有两个保护板11；保护板11与安装座9外缘形状相同，分别活动插接在两个支撑板10靠近摄像头14的一侧，可自由伸出或缩入支撑板10；每个保护板11可自由伸出的高度为两个支撑板10之间垂直距离的一半。

如图3所示，安装座9的两侧分别固定连接有与安装座9形状相同的支撑板10；支撑板10的外边缘铺设有电光源；在两个支撑板10之间的安装座9的外边缘，设置有若干摄像头14、若干红外扫描器和若干全息投影器16；摄像头14、红外扫描器共同采集隧道图像数据；隧道图像数据包含由摄像头14采集的视频信息和由红外扫描器采集的隧道沉降信息和位移信息；在本具体实施例中，摄像头14选用NB500智能视觉CCD机器视觉相机；在本实施例中，红外扫描仪15选用可提供3D逆向建模抄数的工业级四目三维扫描仪。

控制单元包含固定安装在车体1内的MCU；摄像头14、红外扫描器和全息投影器16都与MCU电信号连接；MCU接收来自摄像头14、红外扫描器的隧道图像数据，并转发给全息投影器16；全息投影器16将隧道图像数据存储；控制单元与驱动单元12电信号连接，向驱动单元12发送驱动指令；驱动单元12根据接收的驱动指令，驱动导向轮2运动，进而带动车体1在轨道上运动。

控制单元还包含固定安装在车体1内的用于实现给本监测装置定位的定位仪5；定位仪5与MCU电信号连接，将采集到的位置数据实时发送给MCU。

MCU采用AVR微控制器；摄像头14、红外扫描器、全息投影器16、定位仪5、显示屏和激光测距仪通过3片ATmega162芯片的RS232串口与MCU电信号连接；2个ATmega162芯片由2个管脚相连，并使用软件模拟串口通讯，并通过C语言等技术策略以达到纳秒级精确延时控制。

控制单元还包含固定安装在安装座9上的若干激光测距仪；激光测距仪成矩阵式分布，与MCU电信号连接，将采集到的相对距离数据和病变精准深度数据传送给MCU；相对距离数据是指本监测装置到地铁隧道壁的距离。

当不使用时，保护板11呈伸展状态，其中一个支撑板10上的保护板11搭接在另一个支撑板10上的保护板11上，保护板11与支撑板10、安装座9形成一个收容腔，而摄像头14、红外扫描器和全息投影器16则均容纳在收容腔内，从而对摄像头14、红外扫描器和全系投影器16形成一个有效保护。

控制单元还包含用于与远程控制中心进行信息交互的无线信息收发器。

如图4所示，地铁隧道病害智能监测装置的使用方法，包含如下步骤：

S100.人工将本监测装置放置于地铁隧道的需监测段的起点，由定位仪5对本监测装置进行初始化定位；MCU在接收到位置数据后，激活摄像头14、红外扫描仪15、全息投影器16、定位仪5、显示屏、激光测距仪和电光源；电光源的作用在于进行场景补光。

S200.MCU根据位置数据和预存在MCU中的轨道地图，计算遍历隧道的路径，然后对驱动单元12发送驱动指令；驱动单元12根据接收的驱动指令，驱动导向轮2运动，进而带动车体1在轨道上运动；定位仪5和激光测距仪在本监测装置运动过程中即时将采集到的位置数据和相对距离数据传送给MUC。定位仪5采用多传感融合定位仪5实现，在本具体实施例中，定位仪5选用中海达差分gps无人机rtk基准站GPS差分地面站实时差分航测测量仪。

S300.摄像头14和红外扫描仪15在本监测装置运动过程中，即时将隧道图像数据传送给MCU；MCU将隧道图像数据进行预处理后保存；MCU同步将隧道图像数据发送给全息投影器16；全息投影器16即时将接收到的隧道图像数据在显示屏上显示；在此过程中，驱动体3在根据控制单元的伸缩杆17调节信号，并根据伸缩杆17调节信号调整伸缩杆17的转动角度和伸展长度，配合伸缩杆17的伸缩调整数码采集单元的相对位置，利用数码采集单元的摄像头14、红外扫描器和全息投影器16获取得到隧道内的信息，从而实现其对隧道内的信息采集，以完成对地铁隧道病害的监测。

S400.在本监测装置运动过程中，MCU根据预置与其中的病害监测算法，对接收到的隧道图像数据实时分析，得到病害分析结果，并建立隧道病历；MCU即时将病害分析结果通过全息投影器16在显示屏上显示，包含以下步骤：

S410.MCU根据摄像头14采集的视频信息判定当前被扫描的隧道段是否存在病害，并根据判定结果进行如下操作：

如无病害，则MCU继续对驱动单元12发出驱动指令，引导驱动单元12继续驱动本监测装置前进运动。

或，

如有病害，则MCU向驱动单元12发送驱动指令；驱动单元12根据接收的驱动指令，停下导向轮2运动，进而带动车体1在轨道上停止运动；然后MCU结合红外扫描器采集并传来的隧道沉降信息和位移信息，确定隧道的病变等级；最后MCU再结合激光测距仪采集并传来的病变精准深度数据，计算得到病害分析结果，并通过全息投影器16在显示屏上显示。

S500.MCU根据接收到的位置信息判定已到达需监测段的终点，向驱动单元12发送驱动指令；驱动单元12根据接收的驱动指令，停下导向轮2运动，进而带动车体1在轨道上停止运动；MCU在确认本监测装置完全停止后，待机摄像头14、红外扫描仪15、全息投影器16、定位仪5、显示屏和激光测距仪，同时关停电光源；一次使用过程至此结束退出。

在S100～S500中，MCU通过无线信息收发器实时向远程控制中心发送位置数据、视频信息、隧道沉降信息和位移信息、病变等级、病变精准深度数据和病害分析结果；通过与远程控制中心的信息交互，控制人员可以在远程控制中心远程观察和控制车体1的速度，以实现重点观测和排查的目的。

在S100～S500中，MCU实时接收并执行来自远程控制中心传来的操作指令。

在S100～S500中，运动过程中，控制单元通过控制车体1的速度，配合驱动体3的运动，以改变数码采集器的相对位置，并配合伸缩杆17的伸缩运动，可以实现对安装伸缩杆17上的摄像头14360°广角拍摄，并在灯带的作用下，可以实现对隧道内的实时情况的全景记录，且摄像头14为多个呈环形布设在安装座9上，因此，使用时，同一时刻多个摄像头14同时拍摄，可快速准确获取得到当前位置的隧道内景象，获取得到同一个层面的图像通过存储至相同存储位置，通过MCU对该图像进行拼接处理以形成一个当前位置上隧道内的完整图像，从而实现分环完整记录隧道全景。

在S100～S500中，红外扫描器也为多个分别对当前车体1位置的隧道进行扫描以获取当前位置的隧道上各个不同方向上沉降信息和位移信息，并通过MCU将获取得到的信息根据设定的规则进行处理，以形成一个当前位置上隧道上的沉降信息和位移信息。

在S100～S500中，激光测距仪，则是通过激光探测当前激光测距仪与隧道之间的间距，通过该间距的不同，以实现对隧道变形病害判断。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或”是要表示“非排它性的或者”。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地铁隧道病害智能监测装置，适用于在地铁隧道的日常病害监测工作中替代人工作业，其特征在于：包含用于装载本监测装置其他部件的承载单元、用于驱动本监测装置运动的驱动单元(12)、用于采集隧道图像数据的数据采集单元(8)和用于控制本监测装置工作的控制单元；其中：

所述承载单元包含车体(1)、导向轮(2)和伸缩杆(17)；所述车体(1)为箱状容器，前部外侧与所述伸缩杆(17)的一端铰接，底部外侧安装有所述导向轮(2)；

所述驱动单元(12)包含用于驱动所述导向轮(2)转动的电机，固定安装在所述车体(1)内部；所述电机通过传送带或链条与所述导向轮(2)转动连接；

所述数据采集单元(8)包含用于承载所述数据采集单元(8)其他部件的安装座(9)；所述安装座(9)为环形，底部与所述伸缩杆(17)的另一端活动连接；所述安装座(9)的两侧分别固定连接有与所述安装座(9)形状相同的支撑板(10)；所述支撑板(10)的外边缘铺设有电光源；在两个所述支撑板(10)之间的所述安装座(9)的外边缘，设置有若干摄像头(14)、若干红外扫描器和若干全息投影器(16)；所述摄像头(14)、红外扫描器共同采集所述隧道图像数据；所述隧道图像数据包含由所述摄像头(14)采集的视频信息和由所述红外扫描器采集的隧道沉降信息和位移信息；

所述控制单元包含固定安装在所述车体(1)内的MCU；所述摄像头(14)、红外扫描器和全息投影器(16)都与所述MCU电信号连接；所述MCU接收来自所述摄像头(14)、红外扫描器的所述隧道图像数据，并转发给所述全息投影器(16)；所述全息投影器(16)将所述隧道图像数据存储；所述控制单元与所述驱动单元(12)电信号连接，向所述驱动单元(12)发送驱动指令；所述驱动单元(12)根据接收的驱动指令，驱动导向轮(2)运动，进而带动车体(1)在轨道上运动。

2.根据权利要求1所述的地铁隧道病害智能监测装置，其特征在于：所述导向轮(2)有四个，通过四个隔振器对称安装在所述车体(1)底部外侧的四个角上；所述隔振器为BE型橡胶隔振器；

所述伸缩杆(17)为气动伸缩杆(17)或液压伸缩杆(17)或手动伸缩杆(17)，通过驱动体(3)铰接在所述车体(1)前部外侧；所述驱动体(3)为由电信号控制的气缸或液压缸，与所述MCU电信号连接，接收来自所述控制单元的伸缩杆(17)调节信号，并根据所述伸缩杆(17)调节信号调整所述伸缩杆(17)的转动角度和伸展长度；

所述车体(1)顶部前端的外侧设有一个内凹的用于放置非工作状态的数据采集单元(8)的第一容纳腔(6)。

3.根据权利要求1所述的地铁隧道病害智能监测装置，其特征在于：所述安装座(9)的形状为与隧道横截面呈相似形的环状；两个所述支撑板(10)之间安装有两个保护板(11)；所述保护板(11)与所述安装座(9)外缘形状相同，分别活动插接在两个支撑板(10)靠近所述摄像头(14)的一侧，可自由伸出或缩入所述支撑板(10)；每个所述保护板(11)可自由伸出的高度为两个所述支撑板(10)之间垂直距离的一半。

4.根据权利要求1所述的地铁隧道病害智能监测装置，其特征在于：所述车体(1)顶部固定安装有显示屏(13)；所述显示屏(13)与所述MCU电信号连接，接收并实时显示所述隧道图像数据；

所述控制单元还包含固定安装在所述车体(1)内的用于实现给本监测装置定位的定位仪(5)；所述定位仪(5)与所述MCU电信号连接，将采集到的位置数据实时发送给MCU。

5.根据权利要求1所述的地铁隧道病害智能监测装置，其特征在于：所述控制单元还包含固定安装在所述安装座(9)上的若干激光测距仪；所述激光测距仪成矩阵式分布，与所述MCU电信号连接，将采集到的相对距离数据和病变精准深度数据传送给MCU；所述相对距离数据是指本监测装置到地铁隧道壁的距离。

6.根据权利要求2或4或5所述的地铁隧道病害智能监测装置，其特征在于：所述MCU采用AVR微控制器；所述摄像头(14)、红外扫描器、全息投影器(16)、定位仪(5)、显示屏(13)和激光测距仪通过3片ATmega162芯片的RS232串口与所述MCU电信号连接；2个ATmega162芯片使用软件模拟串口通讯。

7.根据权利要求6所述的地铁隧道病害智能监测装置，其特征在于：所述控制单元还包含用于与远程控制中心进行信息交互的无线信息收发器。

8.一种权利要求1～7中任一地铁隧道病害智能监测装置的使用方法，其特征在于：包含如下步骤：

S100.人工将本监测装置放置于地铁隧道的需监测段的起点，由所述定位仪(5)对本监测装置进行初始化定位；所述MCU在接收到所述位置数据后，激活所述摄像头(14)、红外扫描仪(15)、全息投影器(16)、定位仪(5)、显示屏(13)、激光测距仪和电光源；

S200.MCU根据位置数据和预存在MCU中的轨道地图，计算遍历隧道的路径，然后对所述驱动单元(12)发送驱动指令；所述驱动单元(12)根据接收的驱动指令，驱动导向轮(2)运动，进而带动车体(1)在轨道上运动；所述定位仪(5)和激光测距仪在本监测装置运动过程中即时将采集到的位置数据和相对距离数据传送给MUC。

S300.所述摄像头(14)和红外扫描仪(15)在本监测装置运动过程中，即时将所述隧道图像数据传送给MCU；MCU将所述隧道图像数据进行预处理后保存；MCU同步将所述隧道图像数据发送给所述全息投影器(16)；所述全息投影器(16)即时将接收到的所述隧道图像数据在所述显示屏(13)上显示；

S400.在本监测装置运动过程中，所述MCU根据预置与其中的病害监测算法，对接收到的所述隧道图像数据实时分析，得到病害分析结果，并建立隧道病历；MCU即时将所述病害分析结果通过所述全息投影器(16)在所述显示屏(13)上显示。

S500.MCU根据接收到的位置信息判定已到达所述需检测段的终点，向所述驱动单元(12)发送驱动指令；所述驱动单元(12)根据接收的驱动指令，停下导向轮(2)运动，进而带动车体(1)在轨道上停止运动；所述MCU在确认本监测装置完全停止后，待机所述摄像头(14)、红外扫描仪(15)、全息投影器(16)、定位仪(5)、显示屏(13)和激光测距仪，同时关停所述电光源；一次使用过程至此结束退出。

9.根据权利要求8所述的地铁隧道病害智能监测装置的使用方法，其特征在于：S400中所述对接收到的所述隧道图像数据实时分析，得到病害分析结果，包含以下步骤：

S410.所述MCU根据摄像头(14)采集的视频信息判定当前被扫描的隧道段是否存在病害，并根据判定结果进行如下操作：

如无病害，则MCU继续对所述驱动单元(12)发出驱动指令，引导驱动单元(12)继续驱动本监测装置前进运动；

或，

如有病害，则MCU向所述驱动单元(12)发送驱动指令；所述驱动单元(12)根据接收的驱动指令，停下导向轮(2)运动，进而带动车体(1)在轨道上停止运动；然后MCU结合所述红外扫描器采集并传来的隧道沉降信息和位移信息，确定隧道的病变等级；最后MCU再结合所述激光测距仪采集并传来的病变精准深度数据，计算得到所述病害分析结果，并通过所述全息投影器(16)在所述显示屏(13)上显示。

10.根据权利要求9所述的地铁隧道病害智能监测装置的使用方法，其特征在于：在S100～S500中，所述MCU实时向所述远程控制中心发送所述位置数据、视频信息、隧道沉降信息和位移信息、病变等级、病变精准深度数据和病害分析结果；

在S100～S500中，所述MCU实时接收并执行来自所述远程控制中心传来的操作指令。

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