CN112659189B - 一种隧道水位检测方法、检测机器人及系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种隧道水位检测方法、检测机器人及系统，包括机器人本体，所述机器人本体上设置有积水检测装置，所述积水检测装置包括超声测距传感器、激光扫描仪和控制器，激光扫描仪，用于测量被测物体表面的反光度；超声波测距传感器，用于测量机器人本体距离地面的距离值；控制器，接收反光度和距离值，被配置为比较所述反光度和设定阈值，根据所述距离值计算对应检测点水位高度，并比较水位高度和预定阈值，在反光度超过设定阈值，且水位高度超过预定阈值时，进行水位报警。

Description

一种隧道水位检测方法、检测机器人及系统

技术领域

本公开属于隧道检测技术领域，具体涉及一种隧道水位检测方法、检测机器人及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

现有的隧道内积水检测，常用的方法是在隧道内部容易积水区域，部署水位探测装置。这种方法能够解决部分积水检测问题。但存在两方面不足，一是当出现积水时，装置本身要部分甚至全部浸泡在水中，一些老旧设备，防水性能下降，容易损坏；另一方面，由于检测点只部署在容易积水的区域，检测效果有限，无法对隧道内部整体积水情况做出评估。

据发明人了解，现有技术中有不同的解决方案，但都存在一定的问题。如中国发明专利CN 108507636 A公开了一种通道积水情况检测方法、巡检装置及水位检测设备，该专利通过获取积水检测区域的图像数据，根据预设的积水检测图像处理算法以及积水检测区域的图像数据，确定积水检测区域的水位信息。该方法采用图像数据检测积水的方法，避免了检测设备与水面产生直接接触，可靠性较好。但由于隧道内积水多数为渗水，凝水，水质清澈，外加隧道内照明条件有限，这就导致该水位检测方法可能存在图像清晰度不足，识别率不高的问题。另外，所述的装置覆盖范围有限。要做到隧道区域全覆盖，需要部署多台设备，增加了使用成本。

中国发明专利CN 108593052 A公开了一种隧道安全水位检测技术。该方法采用激光测距仪和浮子相互配合，完成水位的精确测量。该方法采用浮子间接反馈水位状态，避免了激光和水面直接接触，准确性较高。中国发明专利CN 108507636 A，该方法也只能检测局部区域的积水情况，覆盖范围有限。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种隧道水位检测方法、检测机器人及系统，本公开依托技术成熟的轨道式电力隧道检测机器人系统，通过在机器人本体上加装积水检测装置，采用超声测距传感器和激光扫描仪作为主要检测手段，将积水检测作为机器人例行巡检的一部分，实现隧道检测区域全覆盖。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种隧道水位检测方法，包括以下步骤：

测量被测物体表面的反光度；

测量检测点的水位高度；

比较所述反光度和设定阈值，比较所述水位高度和预定阈值，在反光度超过设定阈值，且水位高度超过预定阈值时，进行水位报警。

作为可选择的实施方式，设置第一设定阈值和第二设定阈值，第一设定阈值大于第二设定阈值，当反光度超过第一设定阈值，判断隧道内可能存在积水；如果反光度低于第二设定阈值，则认为隧道内无积水。

作为可选择的实施方式，获取隧道内水泥路面，油漆绝缘路面以及水面的表面反光度，并对不同路面的表面反光度进行标定，根据标定值设置所述第一设定阈值和第二设定阈值。

作为可选择的实施方式，在无积水时，利用机器人上设置传感器，测量各检测点距离传感器的距离，确定为初始距离值，获取巡视任务测量的距离值，根据两个距离值之差确定水位高度。

作为可选择的实施方式，所述预定阈值根据经验值、空气湿度和隧道内环境复杂程度进行设置。

一种隧道检测机器人，包括机器人本体，所述机器人本体上设置有积水检测装置，所述积水检测装置包括超声测距传感器、激光扫描仪和控制器，其中：

所述激光扫描仪，用于测量被测物体表面的反光度；

所述超声波测距传感器，用于测量机器人本体与被测物体之间的距离值；

所述控制器，接收上述的反光度和距离值，被配置为比较所述反光度和设定阈值，根据所述距离值计算对应检测点水位高度，并比较水位高度和预定阈值，在反光度超过设定阈值，且水位高度超过预定阈值时，进行水位报警。

作为可选择的实施方式，所述超声波测距传感器朝向地面安装。

作为可选择的实施方式，所述机器人为轨道式机器人，轨道设置于隧道顶部，所述超声波测距传感器垂直于轨道。

作为可选择的实施方式，所述控制器被配置为设置第一设定阈值和第二设定阈值，第一设定阈值大于第二设定阈值，当反光度超过第一设定阈值，判断隧道内可能存在积水；如果反光度低于第二设定阈值，则认为隧道内无积水。

作为可选择的实施方式，获取隧道内水泥路面，油漆绝缘路面以及水面的表面反光度，并对不同路面的表面反光度进行标定，根据标定值设置所述第一设定阈值和第二设定阈值。

作为可选择的实施方式，所述机器人在轨道安装完毕后运行，测量各检测点机器人到地面的距离值，确定为初始距离值，初始距离值与巡视任务中的获取的距离值之差确定积水深度。

一种隧道水位检测系统，包括多个机器人和中心服务器，所述机器人的各控制器与所述中心服务器通信。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开创新性提出了一种隧道非接触式水位检测方法，研制了相关机器人及系统，采用激光扫描仪测量被测物体反光度，消除异物干扰；通过超声波定点精确测距和阈值比较方法，实时测量隧道内积水深度，解决了隧道内积水探测中存在的积水探测率低的问题，有效探测隧道积水，降低了隧道内设备建设的投入成本，提高了隧道积水探测的准确性。

本公开创新性提出了一种隧道机器人分步式积水探测预警技术，通过将水位探测和机器人巡检过程有机结合，实时上报隧道水位，辅助完成隧道积水情况评估，有效解决了隧道内积水探测存在的实时性弱、水位无法量化的问题，实现了隧道积水探测早期预警的有益效果，降低了系统漏报、误报风险，有效防范了隧道水患，防止了恶性事故的发生。

本公开充分利用机器人现有的检测平台，通过激光扫描仪和超声波测距的方法测量隧道内是否有积水，避免了检测设备和水直接接触，具备较好的可靠性；同时利用激光和超声两种原理的检测手段，降低了单一检测手段带来的误判风险，提高了积水检测的准确率。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开的机器人结构图；

图2是本公开的模块结构图；

图3是本公开的工作流程图；

其中：1、远程服务器，2、控制器，3、超声波测距传感器，4、激光扫描仪。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开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公开的示例性实施方式。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。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

正如背景技术中所述的现有的隧道内积水检测，大多是依靠在隧道内部容易积水区域，离散部署一台或多台水位探测装置，这种方式存在两方面不足，一是当出现积水时，装置本身要部分甚至全部浸泡在水中，一些老旧设备，防水性能下降，导致容易损坏；另一方面，由于检测点只部署在容易积水的区域，检测效果有限，无法对隧道内部整体积水情况做出评估。

本实施例依托于隧道式电力隧道检测机器人系统。通过在机器人本体上加装积水检测装置，将积水检测作为机器人例行巡检的一部分。具体方案描述如下：

本技术采用超声测距传感器和激光扫描仪作为主要检测手段。为实现隧道检测区域全覆盖，超声波测距传感器和激光测距仪安装在隧道检测机器人本体上，能够随着机器人停靠位置的不同而检测不同隧道区域。

激光扫描仪可以测量被测物体表面的反光度。隧道内水泥路面，油漆绝缘路面以及水面，他们表面反光度有较大差异。通过读取激光扫描仪反馈的反光度信息，可区分上述三种常见路面信息。其中，水面的反光度最高，油漆绝缘路面次之，水泥路面反光度最低。通过在不同隧道或者同一隧道的不同区域，测量上述三种路边反光度分别标定为α，β，γ。取(α+β)/2的值标定为高阈值m，取(γ+β)/2的值标定为低阈值n。

如果反光度超过高阈值m，则认为隧道内可能存在积水。

如果反光度低于低阈值n，则认为隧道内可能存在积水概率较低。

激光扫描仪采用激光测量物体表面反光度，不受照明条件限制和干扰。具备较强的稳定性和可靠性，能够在隧道内较差照明环境中使用。

超声波测距传感器垂直于轨道，朝向地面安装。超声波测距传感器是一种通过计算发射的超声波与反射超声波时间间隔间接推断超声波测距传感器与被测物体距离的传感器。轨道一般安装于隧道顶部。轨道安装完毕后，其相对于地面距离将保持不变。装有超声测距传感器的机器人在轨道上运行，进一步的，在某一检测点，超声测距传感器和地面之间的距离将保持不变。

机器人到达检测点后，测量机器人到地面的距离，首次测量值表示为距离L；

机器人在执行巡视任务过程中，每次到达该检测点，测量值表示为Ln。

如果地面存在积水，则会导致机器人超声波测距传感器探测到的地面距离变短。控制器通过读取超声波测距传感器反馈的距离信息，可计算当前检测点水位高度。

积水深度△L＝L–Ln；

若△L绝对值≤50mm，则认为无积水或仅有少量积水，对隧道内安全影响较小；

若△L绝对值＞50mm，则认为出现积水概率较高。

值得注意的是，该技术中，积水深度△L所采用的阈值50mm是经过多次测量后取得的经验值。该值受空气湿度，隧道内环境复杂程度等外界因素影响，在不同隧道现场可能有所不同。

为降低隧道环境对测量过程造成的影响，本技术所采用的超声波测距传感器应选择超声波散射角度较小的类型；超声波测距传感器量程应不低于隧道直径。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开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公开的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种隧道水位检测方法，其特征是：包括以下步骤：

测量被测物体表面的反光度；

测量检测点的水位高度；

比较所述反光度和设定阈值，比较所述水位高度和预定阈值，在反光度超过设定阈值，且水位高度超过预定阈值时，进行水位报警；

设置第一设定阈值和第二设定阈值，第一设定阈值大于第二设定阈值，当反光度超过第一设定阈值，判断隧道内存在积水；反光度低于第二设定阈值，则认为隧道内无积水；

获取隧道内水泥路面，油漆绝缘路面以及水面的表面反光度，并对不同路面的表面反光度进行标定，根据标定值设置所述第一设定阈值和第二设定阈值；

所述预定阈值根据经验值、空气湿度和隧道内环境复杂程度进行设置；

采用超声波测距传感器和激光扫描仪作为检测手段；

所述激光扫描仪，用于测量被测物体表面的反光度；

所述超声波测距传感器，用于测量机器人本体距离地面的距离值。

2.如权利要求1所述的一种隧道水位检测方法，其特征是：在无积水时，利用机器人上设置传感器，测量各检测点距离传感器的距离，确定为初始距离值，获取巡视任务测量的距离值，根据两个距离值之差确定水位高度。

3.一种隧道检测机器人，其特征是：包括机器人本体，所述机器人本体上设置有积水检测装置，所述积水检测装置包括超声波测距传感器、激光扫描仪和控制器，其中：

所述激光扫描仪，用于测量被测物体表面的反光度；

所述超声波测距传感器，用于测量机器人本体距离地面的距离值；

所述控制器，接收反光度和距离值，被配置为比较所述反光度和设定阈值，根据所述距离值计算对应检测点水位高度，并比较水位高度和预定阈值，在反光度超过设定阈值，且水位高度超过预定阈值时，进行水位报警；

所述控制器被配置为设置第一设定阈值和第二设定阈值，第一设定阈值大于第二设定阈值，当反光度超过第一设定阈值，判断隧道内存在积水；反光度低于第二设定阈值，则认为隧道内无积水；

获取隧道内水泥路面，油漆绝缘路面以及水面的表面反光度，并对不同路面的表面反光度进行标定，根据标定值设置所述第一设定阈值和第二设定阈值；

所述预定阈值根据经验值、空气湿度和隧道内环境复杂程度进行设置。

4.如权利要求3所述的一种隧道检测机器人，其特征是：所述超声波测距传感器朝向地面安装。

5.如权利要求3所述的一种隧道检测机器人，其特征是：所述机器人为轨道式机器人，轨道设置于隧道顶部，所述超声波测距传感器垂直于轨道。

6.如权利要求3所述的一种隧道检测机器人，其特征是：所述机器人在轨道安装完毕后进行运行，测量各检测点机器人到地面的距离值，确定为初始距离值，获取巡视任务测量的距离值，根据两个距离值之差确定积水深度。

7.一种隧道水位检测系统，其特征是：包括多个如权利要求3-6中任一项所述的机器人和中心服务器，所述机器人的各控制器与所述中心服务器通信。

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