CN112965055B - 基于多通道探地雷达的地铁隧道衬砌病害定位装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多通道探地雷达的地铁隧道衬砌病害定位装置和方法，主要包括：多通道探地雷达主机A、雷达天线B1B2……Bn、测距编码器C、测角仪D1D2……Dn‑2和测距仪E1E2……En‑2；所述多通道探地雷达主机A与雷达天线B1B2……Bn相连，所述测距编码器C与多通道探地雷达主机A相连，所述测角仪D1D2……Dn‑2和测距仪E1E2……En‑2分别与雷达天线B1B2……Bn固定连接；多通道探地雷达主机和雷达天线可快速识别衬砌病害及其相对深度，测距编码器C可获得衬砌病害在隧道行进方向的距离，根据测角仪D1D2……Dn‑2和测距仪E1E2……En‑2数据可解算出衬砌病害在隧道环向的位置及实际深度。本发明可实现地铁隧道衬砌病害的快速探测及精确定位。

Description

基于多通道探地雷达的地铁隧道衬砌病害定位装置和方法
技术领域
本发明涉及隧道检测设备技术领域，具体而言，涉及一种基于多通道探地雷达的地铁隧道衬砌病害定位装置和方法。
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。探地雷达是用高频电磁波来确定地下介质分布的一种快速、高效、无损探测的物探方法，通过探地雷达可对地铁隧道衬砌病害进行有效的探测。地铁隧道探测工作窗口短，在地铁隧道环向范围内布置多条测线，利用多通道探地雷达可大大提升检测效率。但是地铁隧道环境复杂，现有的技术手段定位精度低，且难以对多通道探地雷达探测得到的衬砌病害进行快速精确定位。因此，如何实现基于多通道探地雷达的衬砌病害快速探测和精确定位，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种基于多通道探地雷达的地铁隧道衬砌病害定位装置和方法，目的是对地铁隧道衬砌病害进行快速探测和精确定位。
本发明提供一种基于多通道探地雷达的地铁隧道衬砌病害定位装置，该装置主要包括：多通道探地雷达主机A、雷达天线B1 B2……Bn、测距编码器C、测角仪D1 D2……Dn-2和测距仪E1 E2……En-2。
进一步地，所述多通道探地雷达主机A与雷达天线B1 B2……Bn相连，其中雷达天线B1和B2用于检测地铁隧道道床衬砌病害，B3……Bn用于检测地铁隧道环向衬砌病害，所述测距编码器C与多通道探地雷达主机A相连，所述测角仪D1 D2……Dn-2和测距仪E1 E2……En-2分别与雷达天线B3 B4……Bn固定连接。
一种基于多通道探地雷达的地铁隧道衬砌病害定位方法，该方法主要包括：所述多通道探地雷达主机和雷达天线可快速实现隧道雷达数据的快速采集，并通过一系列数据处理步骤来识别衬砌病害及获得其相对深度；根据测距编码器C可获得衬砌病害在隧道行进方向的距离，根据测角仪D1 D2……Dn-2和测距仪E1 E2……En-2数据可解算出衬砌病害在隧道环向的位置及实际深度。
进一步地，所述根据测距编码器C获得衬砌病害在隧道行进方向距离的解算方法为：第X道衬砌病害雷达数据在隧道行进方向的距离Y可根据Y＝X·Δd计算得到，其中Δd为雷达数据道间距，道间距Δd可根据
Figure BDA0002943959870000023
计算得到，其中Δt为雷达数据脉冲信号采样间隔，C为安装测距编码器车轮的周长，N为编码器单圈脉冲信号数量。
进一步地，所述测角仪D1 D2……Dn-2和测距仪E1 E2……En-2获得衬砌病害在隧道环向的位置及实际深度的解算方法为：首先确定第X道衬砌病害雷达数据检测所用雷达天线编号，根据雷达天线编号确定安装在该天线上的测角仪和测距仪，然后得到第X道衬砌病害雷达数据相匹配的测角仪和测距仪数据道号Z，根据道号Z可得到相匹配的角度值和距离值，通过角度值可确定雷达天线的辐射朝向，通过距离值可确定雷达天线距隧道表面的距离，从而计算得到第X道衬砌病害雷达数据在隧道环向的位置及实际深度。
进一步地，所述道号Z可根据
Figure BDA0002943959870000021
计算得到，其中Y为第X道衬砌病害雷达数据在隧道行进方向的距离，Δn为测角仪和测距仪数据道间距，道间距Δn可根据
Figure BDA0002943959870000022
计算得到，其中Δa为测角仪和测距仪脉冲信号采样间隔，C为安装测距编码器车轮的周长，N为编码器单圈脉冲信号数量。
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为本发明的装置布设示意图。
其中，A为多通道探地雷达主机、B1 B2……Bn为雷达天线、C为测距编码器、D1D2……Dn-2为测角仪、E1 E2……En-2为测距仪。
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基于多通道探地雷达的地铁隧道衬砌病害定位装置和方法，用于实现地铁隧道衬砌病害快速探测和提高衬砌病害定位精度。
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，图1为本发明的装置布设示意图。
本发明提供一种基于多通道探地雷达的地铁隧道衬砌病害定位装置，如图1所示，该装置主要包括：多通道探地雷达主机A、雷达天线B1 B2……B8、测距编码器C、测角仪D1D2……D6和测距仪E1 E2……E6。
如图1所示，所述多通道探地雷达主机A与雷达天线B1 B2……B8相连，其中雷达天线B1和B2用于检测地铁隧道道床衬砌病害，B3……B6用于检测地铁隧道环向衬砌病害，所述测距编码器C与多通道探地雷达主机A相连，所述测角仪D1 D2……D6和测距仪E1 E2……E6分别与雷达天线B3 B4……B6固定连接。
一种基于多通道探地雷达的地铁隧道衬砌病害定位方法，该方法主要包括：所述多通道探地雷达主机和雷达天线可快速实现隧道雷达数据的快速采集，并通过一系列数据处理步骤来识别衬砌病害及获得其相对深度；根据测距编码器C可获得衬砌病害在隧道行进方向的距离，根据测角仪D1 D2……D6和测距仪E1 E2……E6数据可解算出衬砌病害在隧道环向的位置及实际深度。
所述根据测距编码器C获得衬砌病害在隧道行进方向距离的解算方法为：第X＝1000道衬砌病害雷达数据在隧道行进方向的距离Y可根据Y＝X·Δd计算得到，其中Δd为雷达数据道间距，道间距Δd可根据
Figure BDA0002943959870000041
计算得到，其中Δt＝2为雷达数据脉冲信号采样间隔，C＝0.5m为安装测距编码器车轮的周长，N＝5000为编码器单圈脉冲信号数量，最终可计算得到Y＝0.2m。
所述测角仪D1 D2……D6和测距仪E1 E2……E6获得衬砌病害在隧道环向的位置及实际深度的解算方法为：首先确定第X道衬砌病害雷达数据检测所用雷达天线编号，根据雷达天线编号确定安装在该天线上的测角仪和测距仪，然后得到第X道衬砌病害雷达数据相匹配的测角仪和测距仪数据道号Z，根据道号Z可得到相匹配的角度值和距离值，通过角度值可确定雷达天线的辐射朝向，通过距离值可确定雷达天线距隧道表面的距离，从而计算得到第X＝1000道衬砌病害雷达数据在隧道环向的位置及实际深度。
所述道号Z可根据
Figure BDA0002943959870000042
计算得到，其中Y＝0.2m为第X＝1000道衬砌病害雷达数据在隧道行进方向的距离，Δn为测角仪和测距仪数据道间距，道间距Δn可根据
Figure BDA0002943959870000043
计算得到，其中Δa＝5为测角仪和测距仪脉冲信号采样间隔，C＝0.5m为安装测距编码器车轮的周长，N＝5000为编码器单圈脉冲信号数量，最终可计算得到Z＝400。
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 (6)

1.一种基于多通道探地雷达的地铁隧道衬砌病害定位装置，其特征在于：所述基于多通道探地雷达的地铁隧道衬砌病害定位装置主要包括：多通道探地雷达主机A、雷达天线B1B2……Bn、测距编码器C、测角仪D1D2……Dn-2和测距仪E1E2……En-2；
所述多通道探地雷达主机和雷达天线可快速实现隧道雷达数据的快速采集，并通过一系列数据处理步骤来识别衬砌病害及获得其相对深度；根据测距编码器C可获得衬砌病害在隧道行进方向的距离，根据测角仪D1D2……Dn-2和测距仪E1E2……En-2数据可解算出衬砌病害在隧道环向的位置及实际深度；
首先确定第X道衬砌病害雷达数据检测所用雷达天线编号，根据雷达天线编号确定安装在该天线上的测角仪和测距仪，然后得到第X道衬砌病害雷达数据相匹配的测角仪和测距仪数据道号Z，根据道号Z可得到相匹配的角度值和距离值，通过角度值可确定雷达天线的辐射朝向，通过距离值可确定雷达天线距隧道表面的距离，从而计算得到第X道衬砌病害雷达数据在隧道环向的位置及实际深度。
2.根据权利要求1所述的基于多通道探地雷达的地铁隧道衬砌病害定位装置，其特征在于：所述多通道探地雷达主机A与雷达天线B1B2……Bn相连，其中雷达天线B1和B2用于检测地铁隧道道床衬砌病害，B3……Bn用于检测地铁隧道环向衬砌病害，所述测距编码器C与多通道探地雷达主机A相连，所述测角仪D1D2……Dn-2和测距仪E1E2……En-2分别与雷达天线B3B4……Bn固定连接。
3.一种基于多通道探地雷达的地铁隧道衬砌病害定位方法，其特征在于：所述多通道探地雷达主机和雷达天线可快速实现隧道雷达数据的快速采集，并通过一系列数据处理步骤来识别衬砌病害及获得其相对深度；根据测距编码器C可获得衬砌病害在隧道行进方向的距离，根据测角仪D1D2……Dn-2和测距仪E1E2……En-2数据可解算出衬砌病害在隧道环向的位置及实际深度；
首先确定第X道衬砌病害雷达数据检测所用雷达天线编号，根据雷达天线编号确定安装在该天线上的测角仪和测距仪，然后得到第X道衬砌病害雷达数据相匹配的测角仪和测距仪数据道号Z，根据道号Z可得到相匹配的角度值和距离值，通过角度值可确定雷达天线的辐射朝向，通过距离值可确定雷达天线距隧道表面的距离，从而计算得到第X道衬砌病害雷达数据在隧道环向的位置及实际深度。
4.根据权利要求3所述的基于多通道探地雷达的地铁隧道衬砌病害定位方法，其特征在于：所述根据测距编码器C获得衬砌病害在隧道行进方向距离的解算方法为：第X道衬砌病害雷达数据在隧道行进方向的距离Y可根据Y＝X·Δd计算得到，其中Δd为雷达数据道间距，道间距Δd可根据
Figure FDA0003796344880000021
计算得到，其中Δt为雷达数据脉冲信号采样间隔，C为安装测距编码器车轮的周长，N为编码器单圈脉冲信号数量。
5.根据权利要求3所述的基于多通道探地雷达的地铁隧道衬砌病害定位方法，其特征在于：所述测角仪D1D2……Dn-2和测距仪E1E2……En-2获得衬砌病害在隧道环向的位置及实际深度的解算方法为：首先确定第X道衬砌病害雷达数据检测所用雷达天线编号，根据雷达天线编号确定安装在该天线上的测角仪和测距仪，然后得到第X道衬砌病害雷达数据相匹配的测角仪和测距仪数据道号Z，根据道号Z可得到相匹配的角度值和距离值，通过角度值可确定雷达天线的辐射朝向，通过距离值可确定雷达天线距隧道表面的距离，从而计算得到第X道衬砌病害雷达数据在隧道环向的位置及实际深度。
6.根据权利要求5所述的基于多通道探地雷达的地铁隧道衬砌病害定位方法，其特征在于：所述道号Z可根据
Figure FDA0003796344880000022
计算得到，其中Y为第X道衬砌病害雷达数据在隧道行进方向的距离，Δn可根据
Figure FDA0003796344880000023
计算得到，其中Δa为测角仪和测距仪脉冲信号采样间隔，C为安装测距编码器车轮的周长，N为编码器单圈脉冲信号数量。
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