CN111608076A - 一种箱梁内部检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种箱梁内部检测系统及方法，其系统包括中央控制器，以及分别与中央控制器连接的避障单元、检测扫描单元、无线传输单元、移动控制单元、移动载体、位置标识单元和数据处理平台；移动控制单元发送移动指令给移动载体；移动载体在梁体内部行驶，检测扫描单元、避障单元搭载于移动载体上；检测扫描单元对梁体内部的壁面进行扫描，采集梁体内部的壁面数据；位置标识单元用于对移动载体进行实时的位置标记；梁体内部的壁面数据通过无线传输单元传送给数据处理平台；数据处理平台对所接收的数据做进一步处理，自动判断箱梁相关的病害情况。本发明可对梁体内的障碍物及坑道等进行避障，提高了梁体自动化检测的覆盖率和准确率。

Description

一种箱梁内部检测系统及方法
技术领域
本发明涉及桥梁工程领域，尤其涉及一种箱梁内部检测系统及方法。
背景技术
为了保证线路质量和运营安全，高铁大量采用“以桥代路”设计，线路工程中桥隧比高达81％，其中箱梁是使用最多的桥梁类型。近年来，随着绿色建设理念的推广，节段梁在市政上和城际铁路上被大量采用。
无论是箱梁还是节段梁，在线路运营过程中，都需要定期对梁体内部结构进行检测，桥梁内部的检查养护琐碎繁杂，大到桥墩，小到螺栓，都需要上下攀爬，测量精准度。桥梁内几乎是全封闭状态，到了夏季高温，里面就跟火炉一样，而且桥面上时不时有列车飞驰而过，梁体内噪声及高温都会给检修工人身体带来不适，存在一定的安全风险。
随着线路里程越来越长，人工成本不断上涨，人工巡检劳动强度大、费时费力、效率低下，已无法满足桥梁运营安全的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种箱梁内部检测系统及方法，在梁体内对其进行检测时，可对梁体内的障碍物及坑道等进行避障，提高了梁体自动化检测的覆盖率和准确率。
本发明检测系统采用如下技术方案来实现：一种箱梁内部检测系统，包括中央控制器，以及分别与中央控制器连接的避障单元、检测扫描单元、无线传输单元、移动控制单元、移动载体、位置标识单元和数据处理平台；
移动控制单元发送移动指令给移动载体；移动载体在梁体内部行驶，检测扫描单元、避障单元搭载于移动载体上；检测扫描单元对梁体内部的壁面进行扫描，采集梁体内部的壁面数据；位置标识单元用于对移动载体进行实时的位置标记；
梁体内部的壁面数据用于判断梁体是否出现异常状况，并通过无线传输单元传送给数据处理平台；数据处理平台对所接收的数据做进一步处理，自动判断箱梁相关的病害情况。
在优选的实施例中，避障单元包括避障处理模块、信号发射模块及信号接收模块，避障处理模块分别与信号发射模块、信号接收模块连接；
信号发射模块发射探测信号，探测信号触碰到箱梁内部的物体时发生反射；信号接收模块接收物体的反射信号并传输至避障数据处理模块；避障处理模块对反射信号进行处理后，获得探测区域的轮廓模型；中央控制器通过预设的移动载体模型，模拟移动载体在探测区域行驶，从而判断移动载体是否可以安全通过障碍物。
在优选的实施例中，无线传输单元包括多个发射终端和一个接收终端，其中第一个发射终端安装在移动载体上，接收终端安装在移动控制单元上，在移动载体与移动控制单元之间，每隔一段预设距离设置一个发射终端；移动载体上的发射终端与接收终端之间存在多个组网链路，当移动载体上的发射终端需要将所采集数据发送给接收终端时，自动选择最优的组网路径传输数据。
本发明检测方法基于上述检测系统，包括以下步骤：
(1)移动载体在行进过程中，避障单元对前方区域进行探测；中央控制器对探测的点云数据进行实时处理，计算出探测区域的信息，并根据点云数据和移动载体的自身安全行驶数据进行模拟测试，判断移动小车能否安全通过障碍物；
(2)若移动载体正常通过模拟测试，则在自动模式下继续往前行驶；否则中央控制器向移动控制单元和数据处理平台发送报警信号；
(3)若中央控制器在预设时间内未接收到控制指令，则移动载体按原路返回，并定时向移动控制单元和数据处理平台发送返程信号，到达初始位置时，自动停止；
(4)移动载体进入梁体内部，检测扫描单元对梁体内部结构进行扫描，并对扫描数据进行初步处理，存储初步处理后的扫描数据；
(5)无线传输单元实时将初步处理后的扫描数据传输至数据处理平台，数据处理平台对所接收的扫描数据做进一步处理，判断箱梁相关的病害情况。
与现有技术相比，本发明取得了如下有益效果：
1、在梁体内对其进行检测时，可对梁体内的障碍物及坑道等进行避障，全面采集梁体内的数据，并对检测数据作出分析从而判断梁体是否异常，提高了梁体自动化检测的覆盖率和准确率，可对箱梁内部做到无死角的自动化检测。
2、采用人工智能结合传感技术、无线传输技术、大数据处理技术，作业不受天气、温度影响，可以增加检测频次，减少成本，提高效率，同时很好的保护检修人员人身安全，有效解决传统人工巡检劳动强度大、费时费力、巡检效率低下、作业环境对巡检人员身体影响大等问题。
附图说明
图1是本发明在箱梁内部进行检测的示意图；
图2是本发明箱梁内部检测系统的组成框图；
图3是移动小车的组成框图；
图4是位置标识单元组成框图；
图5是数据处理平台的组成框图；
图6是本发明检测方法的流程图；
图中：1为避障单元，2为检测扫描单元，3为无线传输单元，4为移动控制单元，5为移动小车，5-1为行走模块，5-2为数据储模块，5-3为云台，6为位置标识单元，6-1为里程计，6-2为墩号识别模块，7为数据处理平台，7-1为无线数据接收模块，7-2为云存储模块，7-3为数据处理显示模块，8为箱梁，9为桥墩。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
如图1-5所示，本发明箱梁内部检测系统包括中央控制器、避障单元1、检测扫描单元2、无线传输单元3、移动控制单元4、移动载体(本实施例选用移动小车5)、位置标识单元6和数据处理平台7。
移动小车5可以搭载多种设备和传感器，从维修通道进入梁体内部，维修通道设置在桥墩9上，并位于箱梁8下方。移动小车5上设有行走模块5-1、数据存储模块5-2、云台5-3。云台5-3可多角度自由旋转；行走模块5-1可以为履带、轮子或机械臂，也可以是滑行轨道。
避障单元1搭载于移动小车上，包括避障处理模块、信号发射模块及信号接收模块，避障处理模块分别与信号发射模块、信号接收模块连接；箱梁内部为全封闭空间，内部充满了各种排水管道、锯齿块、钢筋，箱梁内部及两跨桥梁之间还可能存在各种坑道。避障单元的工作原理如下：在小车行进过程中，信号发射模块发射探测信号(例如激光雷达)，探测信号触碰到箱梁内部的物体时发生反射；信号接收模块接收物体的反射信号并传输至避障数据处理模块；避障处理模块对反射信号进行处理后，获得探测区域的轮廓模型；中央控制器通过预设的移动小车模型，模拟移动小车在探测区域行驶，从而判断移动小车是否可以安全通过障碍物。
检测扫描单元2搭载于移动小车上，对梁体内部结构进行扫描，并对扫描数据进行初步分析。检测扫描单元2可以为高清摄像机、红外成像仪、激光扫描仪、雷达中的一种或几种，并安装在移动小车的云台5-3上。检测扫描单元对梁体内部的壁面进行扫描，采集梁体内部的壁面数据，所述梁体内部的壁面数据用于判断梁体是否出现异常状况，异常状况包括梁体内部出现异物、内壁渗水、管道破裂、梁面露筋等。梁体内部的壁面数据存入数据存储模块5-2，并通过无线传输单元3传送给数据处理平台7。
移动控制单元4发送移动指令给移动小车5，自动模式下，移动小车5自动依靠行走模块5-1开始向前移动；手动模式下，移动小车5根据移动指令，进行前进、后退、左右移动等操作。
数据处理平台7包括无线数据接收模块7-1、云存储模块7-2及数据处理显示模块7-3。数据处理平台7通过无线数据接收模块7-1接收移动小车发送来的数据和初步处理结果，并将数据存入云存储模块7-2，通过数据处理显示模块7-3做进一步处理后，自动判断箱梁相关的病害情况，并以二维或三维的形式显示病害数据，显示模式可以是二维图表，也可以是三维场景数据。此外，数据处理平台具有自学习功能，可以通过不断的学习病害类型，来提高病害识别的智能性和准确性。
用户可以通过移动控制单元4或数据处理平台7实时观看箱梁内部的壁面情况，将移动小车设置在手动模式下，手动指挥移动小车5进行深度检测，对病害点进行手动标记。用户也可以通过手机屏幕实时观察梁体内的情况，通过肉眼和经验判断可能有病害的地点，对病害点进行标记，便于后期专项检查维修。此外，用户可以借助VR设备，身临其境观察梁体内部情况。
由于梁体内处于封闭状态，梁体内钢筋对运营商网络具有屏蔽作用，梁体内无法使用运营商网络，所述无线传输单元3具有自组网功能，可以实现长距离大数据传输，该网络不依赖运营商基站。
所述无线传输单元包括多个发射终端和一个接收终端，其中，第一个发射终端安装在移动小车上，接收终端安装在移动控制单元上，在移动小车与移动控制单元之间，每隔一段预设距离(本实施例预设距离为一公里)设置一个发射终端。无线传输单元的自组网过程如下：移动小车上的发射终端向移动控制单元上的接收终端发射无线组网请求；接收终端接收到移动小车上的发射终端的无线组网请求后，启动网络连接，并向移动小车上的发射终端发送网络组网完成的信号；移动小车上的发射终端根据网络组网完成的信号，自动计算出当前的信号强度，指示网络状态。
在自组网的过程中，移动小车上的发射终端向接收终端发射无线组网请求时，同时会向其余发射终端发送同样的组网信号；当其余发射终端接收到移动小车上的发射终端发送来的组网请求信号时，其余发射终端启动组网连接，完成与移动小车上的发射终端的网络连接，其余发射终端同样会向接收终端发送组网请求；接收终端收到发射终端的组网请求，启动网络连接，并向发射终端发送网络组网完成信号。这样，移动小车上的发射终端与接收终端通过接力的方式，完成组网。移动小车上的发射终端与接收终端之间会存在多个组网链路，当移动小车上的发射终端需要将所采集数据发送给接收终端时，自动选择最优的组网路径传输数据，保证数据可靠传输。
数据处理平台对收到的数据进行处理，对有异常的地点进行标记，提醒用户对该地点进行专项检查维修。由于梁体钢筋对外在信号进行屏蔽，无法使用GNSS来进行定位，本系统使用位置标识单元6来对移动小车进行实时的位置标记。位置标识单元6包括里程计6-1及墩号识别模块6-2，在每个桥墩附近标识桥墩编号，当墩号识别模块6-2识别到桥墩编号时，记录该编号，并将里程计6-1清零，开始重新记录里程数，通过编号和里程即可获得移动小车在箱梁内部某点的位置信息，也可以使用RFID来标识桥墩编号。
如图6所示，本发明箱梁内部检测方法包括以下步骤：
(1)移动小车在行进过程中，避障单元(例如利用激光雷达)对前方一定区域进行探测；中央控制器对探测的点云数据进行实时处理，由于点云数据可量测，可自动计算出探测区域的尺寸、障碍物的大小等信息，由于移动小车的自身安全行驶数据已提前输入中央控制器中，中央控制器可根据点云数据和移动小车的自身安全行驶数据进行模拟测试，判断移动小车能否安全通过障碍物；
(2)若移动小车可正常通过模拟测试，则在自动模式下继续往前行驶；否则中央控制器向移动控制单元和数据处理平台发送报警信号，等待用户手动处置；
在移动小车自动模式的行走过程中，可随时切换至手动控制。
(3)若中央控制器在预设时间内未接收到用户控制指令，则移动小车按原路返回，并定时向移动控制单元和数据处理平台发送返程信号，到达初始位置时，自动停止。
(4)移动小车从维修通道进入梁体内部，检测扫描单元对梁体内部结构进行扫描，并对扫描数据进行初步处理；初步处理后的扫描数据存储在位于移动小车上的数据存储模块中；
其中，检测扫描单元对梁体内部的壁面进行扫描，采集梁体内部的壁面数据，所述梁体内部的壁面数据用于判断梁体是否出现异常状况，异常状况包括梁体内部出现异物、内壁渗水、管道破裂、梁面露筋等。
(5)无线传输单元实时将初步处理后的扫描数据传输至数据处理平台，数据处理平台对所接收的扫描数据做进一步处理，判断箱梁相关的病害情况，并以二维或三维的形式显示病害数据。
在整个检测过程中，避障单元使用雷达或超声波实时检测移动小车在行进过程中的障碍物及坑道等，中央控制器根据避障单元所检测的障碍物数据，通过移动控制单元控制移动小车进行自动避障或跨越障碍物，若移动小车无法跨越障碍物，则向移动控制单元发送报警信号。
本发明采用人工智能结合传感技术、无线传输技术、大数据处理技术，作业不受天气、温度影响，可以增加检测频次，减少成本，提高效率，同时很好的保护检修人员人身安全。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。本领域的普通技术人员在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述实施例对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何修改、等同替换、等效变化及修饰，仍属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种箱梁内部检测系统，其特征在于，包括中央控制器，以及分别与中央控制器连接的避障单元、检测扫描单元、无线传输单元、移动控制单元、移动载体、位置标识单元和数据处理平台；
移动控制单元发送移动指令给移动载体；移动载体在梁体内部行驶，检测扫描单元、避障单元搭载于移动载体上；检测扫描单元对梁体内部的壁面进行扫描，采集梁体内部的壁面数据；位置标识单元用于对移动载体进行实时的位置标记；
梁体内部的壁面数据用于判断梁体是否出现异常状况，并通过无线传输单元传送给数据处理平台；数据处理平台对所接收的数据做进一步处理，自动判断箱梁相关的病害情况。
2.根据权利要求1所述的箱梁内部检测系统，其特征在于，避障单元包括避障处理模块、信号发射模块及信号接收模块，避障处理模块分别与信号发射模块、信号接收模块连接；
信号发射模块发射探测信号，探测信号触碰到箱梁内部的物体时发生反射；信号接收模块接收物体的反射信号并传输至避障数据处理模块；避障处理模块对反射信号进行处理后，获得探测区域的轮廓模型；中央控制器通过预设的移动载体模型，模拟移动载体在探测区域行驶，从而判断移动载体是否可以安全通过障碍物。
3.根据权利要求1所述的箱梁内部检测系统，其特征在于，无线传输单元包括多个发射终端和一个接收终端，其中第一个发射终端安装在移动载体上，接收终端安装在移动控制单元上，在移动载体与移动控制单元之间，每隔一段预设距离设置一个发射终端；移动载体上的发射终端与接收终端之间存在多个组网链路，当移动载体上的发射终端需要将所采集数据发送给接收终端时，自动选择最优的组网路径传输数据。
4.根据权利要求1所述的箱梁内部检测系统，其特征在于，移动载体上设有行走模块、数据存储模块及云台，检测扫描单元安装在移动载体的云台上。
5.根据权利要求1所述的箱梁内部检测系统，其特征在于，位置标识单元包括里程计及墩号识别模块，在每个桥墩附近标识桥墩编号，当墩号识别模块识别到桥墩编号时，记录该编号，并将里程计清零，开始重新记录里程数，通过桥墩编号和里程数获得移动载体的位置信息。
6.基于权利要求1所述箱梁内部检测系统的箱梁内部检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)移动载体在行进过程中，避障单元对前方区域进行探测；中央控制器对探测的点云数据进行实时处理，计算出探测区域的信息，并根据点云数据和移动载体的自身安全行驶数据进行模拟测试，判断移动小车能否安全通过障碍物；
(2)若移动载体正常通过模拟测试，则在自动模式下继续往前行驶；否则中央控制器向移动控制单元和数据处理平台发送报警信号；
(3)若中央控制器在预设时间内未接收到控制指令，则移动载体按原路返回，并定时向移动控制单元和数据处理平台发送返程信号，到达初始位置时，自动停止；
(4)移动载体进入梁体内部，检测扫描单元对梁体内部结构进行扫描，并对扫描数据进行初步处理，存储初步处理后的扫描数据；
(5)无线传输单元实时将初步处理后的扫描数据传输至数据处理平台，数据处理平台对所接收的扫描数据做进一步处理，判断箱梁相关的病害情况。
7.根据权利要求6所述的箱梁内部检测方法，其特征在于，无线传输单元包括多个发射终端和一个接收终端，其中第一个发射终端安装在移动载体上，接收终端安装在移动控制单元上，在移动载体与移动控制单元之间，每隔一段预设距离设置一个发射终端；移动载体上的发射终端与接收终端之间存在多个组网链路，当移动载体上的发射终端需要将所采集数据发送给接收终端时，自动选择最优的组网路径传输数据；
无线传输单元的自组网过程如下：
移动载体上的发射终端向移动控制单元上的接收终端发射无线组网请求；接收终端接收到移动载体上的发射终端的无线组网请求后，启动网络连接，并向移动载体上的发射终端发送网络组网完成的信号；移动载体上的发射终端根据网络组网完成的信号，自动计算出当前的信号强度，指示网络状态。
移动载体上的发射终端向接收终端发射无线组网请求时，同时会向其余发射终端发送同样的组网信号；当其余发射终端接收到移动载体上的发射终端发送来的组网请求信号时，其余发射终端启动组网连接，完成与移动载体上的发射终端的网络连接，其余发射终端同样会向接收终端发送组网请求；接收终端收到发射终端的组网请求，启动网络连接，并向发射终端发送网络组网完成信号。
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