CN112918367A - 一种隧洞内智能化无人控制养护系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于隧洞二次衬砌混凝土养护技术领域，涉及一种隧洞内智能化无人控制养护系统及方法，本系统包括：程控平台，由无人机信号接收器、无人控制器、车辆信号接收器、车辆控制器、湿度设定与路线规划控制器组成；无人机，与无人机控制器通信连接，其上设有与无人机信号接收器通信连接的温湿度传感器；远程水雾台车，与车辆控制器通信连接，由水箱、喷雾机、水泵、车体、车辆控制终端组成。本方法通过程控平台设定程序后操控无人机与远程水雾台车协同来完成隧道二次衬砌混凝土的智能化无人养护控制。本发明具有原理清晰、安装简单、易于操作、经济性好、适应性好、质量保证率高、推广价值高、智能化程度高等特点。

Description

一种隧洞内智能化无人控制养护系统及方法
技术领域
本发明属于隧洞二次衬砌混凝土养护技术领域，具体涉及一种隧洞内智能化无人控制养护系统及方法。
背景技术
水利水电工程中隧洞二次衬砌混凝土是隧洞工程的重要组成部分，二次衬砌混凝土的质量优缺是水利水电工程隧洞是否能达到使用要求的重要影响因素。在国内隧洞二次衬砌混凝土施工中，传统养护的方法是将水管接入隧洞，采用人工喷洒在浇筑面进行养护；存在的问题是：直接洒水养护对早期浇筑面产生破坏，且养护过程中因人为造成的洞内整体湿度无法满足要求、易出现收缩裂纹，致使混凝土强度达不到设计要求；还因人工洞内洒水养护造成的人员安全风险和施工成本增加。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种具有原理清晰、安装简单、易于操作、经济性好、适应性强、质量保证率高、推广价值高、智能化程度高的隧洞内智能化无人控制养护系统及方法，旨在隧洞二次衬砌混凝土养护效率低、质量无法保障的问题。
为达到上述目的，本发明提供一种隧洞内智能化无人控制养护系统，包括：程控平台，由无人机信号接收器、无人控制器、车辆信号接收器、车辆控制器、湿度设定与路线规划控制器组成，无人机信号接收器与无人机控制器电性连接，车辆信号接收器与车辆控制器电性连接，湿度设定与路线规划控制器分别与无人机控制器和车辆控制器电性连接；无人机，与无人机控制器通信连接，其上设有与无人机信号接收器通信连接的温湿度传感器；远程水雾台车，与车辆控制器通信连接，由水箱、喷雾机、水泵、车体、车辆控制终端组成，水箱设置在车体上，喷雾机和水泵设置在水箱上，且喷雾机与水泵之间通过水管连通，车辆控制终端分别与喷雾机和水泵电性连接，车辆控制终端与车辆信号接收器通信连接。
进一步，远程水雾台车为电动车，其车体上设有用于驱动的电瓶和用于行走的车轮，电瓶还向喷雾机、水泵及车辆控制终端供电，所述车轮采用轮胎式、履带式或轮轨式结构。
进一步，水箱内设有与车辆控制终端电性连接的水位传感器。
进一步，温湿度传感器由湿度传感器替代。
进一步，水箱上还设有注水口。
进一步，程控平台上还设有LED显示屏。
进一步，程控平台为平板或电脑。
进一步，程控平台分别与无人机和远程水雾台车之间的通信连接为WIFI或蓝牙。
本发明还提供一种隧洞内智能化无人控制养护方法，采用上述的隧洞内智能化无人控制养护系统，该方法包括：利用程控平台操控无人机按既定路线实施隧洞二次衬砌混凝土的湿度监控，并将其湿度监控值反馈于程控平台内与湿度设定值进行对比，再根据湿度比对值由程控平台操控远程水雾台车到达指定位置并进行隧洞二次衬砌混凝土加湿作业，并再次由无人机对加湿作业后的隧洞二次衬砌混凝土进行湿度确认，重复上述步骤，实施隧洞二次衬砌混凝土无人控制养护。
本发明的有益效果在于：本发明提及的隧洞智能化无人控制养护系统及方法采用无人机实时监控隧洞二次衬砌混凝土的温湿度，并通过程控平台操控无人机与远程水雾台车协同来完成隧道二次衬砌混凝土的智能化无人养护控制。不仅节约了人工养护的人工和管路铺设的成本、并且避免了因隧洞内交叉作业造成的人员安全风险，更能够促进当年隧洞二次衬砌混凝土养护的技术水平、实现智能化、标准化，保证施工质量，提高工程管理科技水平。取代传统隧洞二次混凝土养护工艺，更加简便、使用、高效、准确、科学。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本隧洞内智能化无人控制养护系统应用的示意图。
附图标记：1为程控平台，2为无人机，3为远程水雾台车，4为水箱，5为喷雾机，6为水位传感器，7为水泵，8为水管，9为注水口，10为电瓶，11为车轮，12为车体，13为车辆控制终端，14为温湿度传感器，15为LED显示屏，16为无人机信号接收器，17为无人机控制器，18为车辆信号接收器，19为车辆控制器，20为湿度设定与路线规划控制器。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
如图1所示，本实施例提及的一种隧洞内智能化无人控制养护系统，主要由程控平台1、无人机2和远程水雾台车3组成，其中：程控平台1由无人机信号接收器16、无人控制器17、车辆信号接收器18、车辆控制器19、湿度设定与路线规划控制器20组成，无人机信号接收器16与无人机控制器17电性连接，车辆信号接收器18与车辆控制器19电性连接，湿度设定与路线规划控制器20分别与无人机控制器17和车辆控制器19电性连接，即湿度设定与路线规划控制器20可以对湿度设定值进行定义，并可以通过无人机控制器17对无人机2进行相关的控制(如飞行路线)和通过车辆控制器19对远程水雾台车3进行相关的控制(行走路线)；无人机2则是与无人机控制器17通信连接，即受其控制，其上设有与无人机信号接收器16通信连接的温湿度传感器14，通过温湿度传感器14可对隧洞二次衬砌混凝土的温湿度进行监控，而采用无人机可保证整体隧洞二次衬砌的全覆盖监控，当然在不同示例中，该温湿度传感器14也可以由湿度传感器替代；远程水雾台车3则是与车辆控制器19通信连接，即受其控制，它由水箱4、喷雾机5、水泵7、车体12、车辆控制终端13组成，水箱4设置在车体12上，喷雾机5和水泵7设置在水箱4上，且喷雾机5与水泵7之间通过水管8连通，车辆控制终端13分别与喷雾机5和水泵7电性连接，车辆控制终端13与车辆信号接收器18通信连接，即喷雾机5可对隧洞二次衬砌混凝土提供加湿作业，其加湿用水是由水泵7、水管8和水箱4来提供的，且喷雾机5和水泵7的启动是由车辆控制终端13控制的，而车辆控制终端13则由程控平台来控制。采用上述方案，本隧洞内智能化无人控制养护系统实现了无人机实时监测隧洞二次衬砌混凝土各浇筑面的湿度，并将数据传输到程控平台并由其根据实际湿度监控值数据引导远程水雾台车进行加湿作业，以实现隧洞二次混凝土养护控制的信息化、标准化体系化工作，为施工质量保证提供了有效的手段。
具体的，现场实施过程中养护系统的位置可随隧洞二次衬砌混凝土的施工进度和范围进行调整，养护系统的大小及规模可根据隧洞开挖断面的大小确定，并且为了便于养护系统的远程控制，隧洞内应布设无线通讯系统。其主要实施顺序及方法为：
1)、根据需要养护的隧洞二次衬砌混凝土的隧洞衬砌断面大小及养护面积来综合计算确定远程水雾台车3的尺寸及其水箱4容积和喷雾机5功率；并根据远程水雾台车3的尺寸对车辆控制终端13、水箱4、喷雾机5、水位传感器6、水泵7、水管8、注水口9、电瓶10进行安装，以实现电力驱动、无线控制的远程水雾台车3；
2)、根据隧洞长度综合计算确定无人机2的尺寸和续航里程；并根据无人机2的尺寸来安装温湿度传感器14，以实现无人机2实施监控温湿度；
3)、根据隧洞长度及洞口值班综合计算确定程控平台1的尺寸；并根据程控平台1的尺寸对LED显示屏15、无人机信号接收器16、无人机控制器17、车辆信号接收器18、车辆控制器19、湿度设定与路线规划控制器20进行安装，以实现远程监测温湿度和远程实时控制无人机2和远程水雾台车3协同加湿作业的目的；
4)、无人机2根据程控平台1的湿度设定与路线规划控制器20设定的路线由无人机控制器17传达，并通过无人机2上的温湿度传感器14进行隧洞二村衬砌混凝土面的温湿度实时监测，而湿度监控值数据则传输回无人机信号接收器16并显示在LED显示屏15上，且与程控平台1内的湿度设定值进行对比，而湿度设定与路线规划控制器20又向车辆控制器19发送加湿坐标及加湿作业指令，并通过车辆控制终端13使远程水雾台车3接收指令后向目标坐标移动并向喷雾机5供电开始加湿作业；而无人机2实时将温湿度监测信息传输到湿度设定与路线规划控制器20中，待湿度满足设定值通过车辆控制器19向车辆控制终端13发送停止加湿指令，且喷雾机5断电；无人机2再根据设定路线继续前进，从而实施隧洞二次衬砌混凝土无人控制养护。此过程中，还通过车辆控制终端13来实时向程控平台1发送水位传感器6监测到的水箱4储水量，及电瓶10的电量信息，以确保远程水雾台车3的正常工作。
通过上述步骤，可以实现无人机远程监测温湿度，程控平台实时指令远程水雾台车加湿和无人机协同，践行了使工地走上信息化的理念。同时，通过本隧洞内智能化无人控制养护系统的使用，在确保施工进度及施工质量的前提下，对隧洞二次衬砌混凝土的质量得到了良好的控制，并避免了隧洞二次衬砌混凝土养护过程中裂缝的产生、降低了养护过程中的劳动力消耗，对保证工程质量、使用期安全打下了坚实的基础。
在本实施例中的远程水雾台车3采用电动车，其车体12上设有用于驱动的电瓶10和用于行走的车轮11，该电瓶10还向喷雾机5、水泵7及车辆控制终端13供电，该车轮11采用轮胎式、履带式或轮轨式结构，根据隧洞内的施工工况来选择相应的行走方式。
在本实施例中的水箱4内设有与车辆控制终端13电性连接的水位传感器6。通过水位传感器6可以监控水箱4内的水量，并由车辆控制终端13反馈于程控平台1并由其实施协同控制，以保证远程水雾台车3的正常运行。同时，水箱4上还设有注水口9，以方便向水箱内注水。
在本实施例中的程控平台1上还设有LED显示屏15，方便操作及查看。而程控平台1可以采用平板或电脑或其他手持式设备，且程控平台1分别与无人机2和远程水雾台车3之间的通信连接为WIFI或蓝牙。同时，为了便于养护系统的远程控制，隧洞内应布设无线通讯中端。
另外，本隧洞内智能化无人控制养护系统的目的是解决隧洞二次衬砌混凝土养护难、智能化水平低、裂缝多、人工养护不到位等一系列技术问题，实施过程中需要结合施工现场情况进行。还要根据实际的浇筑进度对湿度设定与路线规划控制器中的养护路线进行及时更新，且湿度设定与路线规划控制器与车辆控制器和无人机控制器的信息传输、分析、处理、执行应匹配。而电瓶容量则需根据远程水雾台车的使用要求来确定。整个系统应保证电子控制信号的通讯安全，放置被其他信号干扰。
隧洞二次衬砌混凝土养护工作采用本隧洞内智能化无人控制养护系统，能够解决传统洒水养护造成对早期混凝土表面的破坏、无法根据实际浇筑面状态及时提高湿度、整个养护过程数据无法追、因人为疏忽造成的养护到位、造成的人员劳动强度大、存在安全风险等养护过程中的实际问题；并且其养护效果、养护质量得到了明显提升，有效减少了养护过程中的人员成本和管路布设成本，提高了养护质量和效率，促进了质量管理。同时，采用本隧洞内智能化无人控制养护系统技术不仅节约了人工、降低了成本，更能够促进当前隧洞二衬混凝土养护向标准化、智能化、体系化发展，保证施工质量，取得了良好的经济社会效益。另外采用隧洞内智能化无人控制养护系替代传统洒水养护，节约了用水、避免了人员在洞内洒水降低了隧洞内粉尘及有害气体对人员的伤害，做到了科学施工、以人为本。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种隧洞内智能化无人控制养护系统，其特征在于，包括：程控平台(1)，由无人机信号接收器(16)、无人控制器(17)、车辆信号接收器(18)、车辆控制器(19)、湿度设定与路线规划控制器(20)组成，无人机信号接收器与无人机控制器电性连接，车辆信号接收器与车辆控制器电性连接，湿度设定与路线规划控制器分别与无人机控制器和车辆控制器电性连接；无人机(2)，与无人机控制器通信连接，其上设有与无人机信号接收器通信连接的温湿度传感器(14)；远程水雾台车(3)，与车辆控制器通信连接，由水箱(4)、喷雾机(5)、水泵(7)、车体(12)、车辆控制终端(13)组成，水箱设置在车体上，喷雾机和水泵设置在水箱上，且喷雾机与水泵之间通过水管连通，车辆控制终端分别与喷雾机和水泵电性连接，车辆控制终端与车辆信号接收器通信连接。
2.根据权利要求1所述的隧洞内智能化无人控制养护系统，其特征在于，所述远程水雾台车为电动车，其车体上设有用于驱动的电瓶(10)和用于行走的车轮(11)，所述电瓶还向喷雾机、水泵及车辆控制终端供电，所述车轮采用轮胎式、履带式或轮轨式结构。
3.根据权利要求1所述的隧洞内智能化无人控制养护系统，其特征在于，所述水箱内设有与车辆控制终端电性连接的水位传感器(6)。
4.根据权利要求1所述的隧洞内智能化无人控制养护系统，其特征在于，所述温湿度传感器由湿度传感器替代。
5.根据权利要求1所述的隧洞内智能化无人控制养护系统，其特征在于，所述水箱上还设有注水口(9)。
6.根据权利要求1所述的隧洞内智能化无人控制养护系统，其特征在于，所述程控平台上还设有LED显示屏(15)。
7.根据权利要求1所述的隧洞内智能化无人控制养护系统，其特征在于，所述程控平台为平板或电脑。
8.根据权利要求1所述的隧洞内智能化无人控制养护系统，其特征在于，所述程控平台分别与无人机和远程水雾台车之间的通信连接为WIFI或蓝牙。
9.一种隧洞内智能化无人控制养护方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的隧洞内智能化无人控制养护系统，所述方法包括：利用程控平台操控无人机按既定路线实施隧洞二次衬砌混凝土的湿度监控，并将其湿度监控值反馈于程控平台内与湿度设定值进行对比，再根据湿度比对值由程控平台操控远程水雾台车到达指定位置并进行隧洞二次衬砌混凝土加湿作业，并再次由无人机对加湿作业后的隧洞二次衬砌混凝土进行湿度确认，重复上述步骤，实施隧洞二次衬砌混凝土无人控制养护。
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