CN113188589B - 一种地铁隧道全时段智能监测装备与方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种地铁隧道全时段智能监测装备与方法，包括行走小车、数据处理系统和无线传输系统，所述行走小车上设置有摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪、声波探测仪和气体浓度监测仪；行走小车上设置有能够与地铁车厢可拆卸连接的连接件；数据处理系统，被配置为接收摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪、声波探测仪和气体浓度监测仪采集的数据，并进行处理，获取实时隧道真实画面状况、实时隧道拱顶沉降情况、实时隧道基地隆起状况、实时隧道不良地质声波反馈和实时隧道内危险气体浓度，通过所述无线传输系统传输给控制中心。

Description

一种地铁隧道全时段智能监测装备与方法

技术领域

本公开属于隧道全时段智能监测技术领域，涉及一种地铁隧道全时段智能监测装备与方法。

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。

目前，地铁隧道多为人工定点监测，少有机器装备巡检，更为重要的是通常是在地铁检修(非运营期)(当下自行走监测设备在地铁运营时段进行检测影响地铁车辆运行易引发行驶安全事故)对周边位移、拱顶下沉进行监测，而没有考虑基低隆起、不良地质灾变预警等关键因素，实际上我们更为关心的是地铁在运营期间的安全问题，地铁车辆的运营状态对隧道应力场分布起着至关重要的作用，因此，大量的采集地铁运营时期实时数据建立海量数据库对地跌隧道安全状态评估更具现实意义。这是因为当下监测设备因传输距离有限，大多为数据存储式，待采集完毕后将数据传输至地面的处理终端很难实现实时传输。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种地铁隧道全时段智能监测装备与方法，本公开能够解决地铁运营期间不易对隧道开展监测、传输距离有限与数据处理决策不及时的难题，并实现地铁隧道全时段环境特征参数定量化表征。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种地铁隧道全时段智能监测装备，包括行走小车、数据处理系统和无线传输系统，所述行走小车上设置有摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪、声波探测仪和气体浓度监测仪；

所述行走小车上设置有能够与地铁车厢可拆卸连接的连接件；

所述数据处理系统，被配置为接收摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪、声波探测仪和气体浓度监测仪采集的数据，并进行处理，获取实时隧道真实画面状况、实时隧道拱顶沉降情况、实时隧道基地隆起状况、实时隧道不良地质声波反馈和实时隧道内危险气体浓度，通过所述无线传输系统传输给控制中心。

作为可选择的实施方式，所述行走小车具有外壳，外壳上设置有 LED补光带。

作为可选择的实施方式，所述连接件包括车钩和连接线。

作为可选择的实施方式，所述行走小车具有动力系统，所述动力系统包括驱动机构和蓄电池。

所述蓄电池通过线缆连接地铁车厢。

作为可选择的实施方式，所述数据处理系统通过无线传输系统与驾驶舱机车控制中心通信，实时显示出实时隧道真实画面状况、实时隧道拱顶沉降情况、实时隧道基地隆起状况、实时隧道不良地质声波反馈和实时隧道内危险气体浓度。

作为可选择的实施方式，所述多源热红外分析仪每在隧道探测一周，即根据隧道真实断面大小自适应调整转动角度，获得完整隧道热红外云图。

地铁隧道多为盾构隧道，有其固定的尺寸大小。在小车投入运营前，根据隧道断面实际大小对转角进行计算，设定自适应角度。

作为可选择的实施方式，所述数据处理系统通过多源激光扫描仪与声波探测仪联合建模，得到隧道三维点云模型，通过与摄像机采集隧道真实图像相匹配，进而获取真实隧道实时状态图。

作为可选择的实施方式，气体浓度监测仪包括电化学一氧化碳传感器、电化学硫化氢传感器、电化学二氧化硫传感器和光干涉甲烷传感器，将采集数据传输至驾驶仓数据数据处理中心，实时展现出隧道内各气体的实时含量。

基于装备的白日地铁运营时段工作方法，包括以下步骤：

在车头、头尾处通过连接件将地铁隧道全时段智能巡检装备相连；

将连接外界电源的电缆与车头或车尾的电源相连，对车内蓄电池充电以便晚上探测使用；

将地铁隧道全时段智能巡检装备开机，自动打开LED补光带、摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪、声波探测仪和气体浓度监测仪；

地铁每运行完整线路一圈，多源激光扫描仪、多源热红外分析仪随转轴依照隧道大小自适应旋转一定角度；

将摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪和声波探测仪的探测预处理数据传输至车辆控制中心，控制中心实时对列车运行环境做出评价、对列车运行参数进行优化调整。

基于装备的非地铁运营时段的工作方法，包含以下步骤：

将行走小车与车厢拆卸连接；

断开与车头或车尾的电源相连的线缆，启动车内蓄电池供电行驶系统；

将地铁隧道全时段智能巡检装备开机，自动打开LED补光带、微型摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪、声波探测仪和气体浓度监测仪；

地铁每运行完整线路一圈，多源激光扫描仪、多源热红外分析仪随转轴依照隧道大小自适应旋转一定角度；

将摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪和声波探测仪探测预处理数据保留至内置微电脑存储系统内，待白日传输至车辆控制中心，将黑夜监测数据存储至车辆控制中心数据库；

如此循环实现隧道全生命周期全时段监测，与运行期间高精度安全保障。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开能够解决地铁运营期间不易对隧道开展监测、传输距离有限与数据处理决策不及时的难题，并实现地铁隧道全时段环境特征参数定量化表征。

本公开动力有地铁机车牵引提供(由连接件相连)和自行走两种模式，装置适用于各地地铁铁轨上运行，具有普适性；

本公开能够克服现有巡检机器人、无人机等需在地铁停止运营维护期间进行安全监测，实现在地铁运行及检修期间隧道全时段监测预警。

本公开解决了传统巡检机器人、无人机监测数据传输距离有限、采集数据少、分析处理慢等缺点，能够及时发现隧道潜在危险，实时向机车驾驶仓传输环境信息，有利于驾驶人员做出最优决策，具有高效、实时、高频、低耗等特征。

本公开解决了传统巡检机器人、无人机仅在无车运营时的数据，没有考虑地铁扰动荷载对基地隆起等因素的影响，采用本发明测得数据综合各阶段数据更符合实际运行安全。

本公开解决了地铁隧道运行期间不易开展现场监测的难题，并实现全时段隧道特征参数定量化表征，极大维护乘客与车站人员安全，采用多样化监测技术，借助数据综合处理系统，实现地铁隧道全周期多元信息实时监测分析。

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是本公开的系统结构主视图；

图2是本公开的系统结构左视图；

图3是本公开的系统结构俯视图；

其中：1、铁轨，2、车轮，3、声波探测仪与数据处理传输中心， 4、车钩，5、地铁车厢，6、热红外扫描系统，7、激光扫描系统，8、线缆，9、孔位，10、转轴，11、集成气体传感器，12、蓄电池与电力驱动系统。

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。

如图1所示，地铁隧道全时段巡检装备，包括车轮、外壳、自动力系统、数据综合处理系统、无线传输系统、列车车钩装置与卡环、线缆。

所述车轮为采用轨道交通标准轮，可在各地轨道交通系统行进，具有普适性。

所述外壳包括车轮底座，车身架、车身架外设有LED补光带、微型摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪、声波探测仪和气体浓度监测仪。

所述自动力系统，包括伺服电机、电机驱动器、蓄电池组成。由车身架内放置蓄电池提供动力，蓄电池可实现重复充放电。

所述数据综合处理系统，由车身架内放置集成微电脑处理器，将微型摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪、声波探测仪、集成有害气体传感器等探测设备探测数据做预处理。

所述无线传输系统将微电脑预处理数据无线传输至驾驶舱机车控制中心，在驾驶舱PC端处理后实时显示出实时隧道真实画面状况、实时隧道拱顶沉降情况、实时隧道基地隆起状况、实时隧道不良地质声波反馈、实时隧道内危险气体浓度等。

所述列车车钩装置与卡环通过车钩将地铁隧道全时段智能巡检装备与车头或车尾相连并固定。

所述线缆与车头或车尾相连，实现对地铁隧道全时段智能巡检装备不间断充电。

进一步的，所述自动力系统蓄电池白天为充电状态，由线缆连接车厢电源，此时白日段(地铁运行时间段)地铁隧道全时段巡检装备由车厢拖行，待黑夜段地铁隧道全时段巡检装备为自行走状态，由蓄电池提供动力。

进一步的，为克服热红外分析仪分析处理范围有限，采取多源红外采集与旋转采集相结合的方式，探测装备每在隧道探测一周，即根据隧道真实断面大小自适应调整转动角度，获得完整隧道热红外云图，并传输至驾驶仓控制中心。

进一步的，同步工作的微型摄像机、声波探测仪和多源激光扫描仪将数据传送至数据处理终端进行联合反演。通过多源激光扫描仪 (激光扫描测距)与声波探测仪(利用空气和管片波阻抗有较大差异原理测距)联合建模(隧道三维点云模型)再与微型摄像采集隧道真实图像相匹配，进而获取真实隧道实时状态图，并在驾驶仓实时展现。

进一步的，所述集成有害气体传感器由电化学一氧化碳传感器、电化学硫化氢传感器、电化学二氧化硫传感器、光干涉甲烷传感器组成，将采集数据传输至驾驶仓数据数据处理中心，实时展现出隧道内各气体的实时含量，并对不良状态进行预警。

进一步的，随着每日多车次全时段24h的数据多次重复采集，可以建立海量隧道环境数据库，通过计算机对海量数据进行深度学习，可实时对列车运行环境(拱顶沉降、基地隆起、各气体浓度等)做出评价、对列车运行参数进行优化调整。

地铁隧道全时段智能巡检装备在白日地铁运营时段包含以下步骤：

(1)在车头、头尾处通过列车车钩装置将地铁隧道全时段智能巡检装备相连，通过卡环固定卡死。

(2)将连接外界电源的电缆与车头或车尾的电源相连，对车内蓄电池充电以便晚上探测使用。

(3)将地铁隧道全时段智能巡检装备开机，自动打开LED 补光带、微型摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪、声波探测仪和气体浓度监测仪；

(4)地铁每运行完整线路一圈，多源激光扫描仪、多源热红外分析仪随转轴依照隧道大小自适应旋转一定角度；

(5)将微型摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪和声波探测仪等探测设备探测预处理数据传输至车辆控制中心，控制中心实时对列车运行环境做出评价、对列车运行参数进行优化调整；

地铁隧道全时段智能巡检装备在非地铁运营时段包含以下步骤：

(1)打开卡环，拆下车头、头尾处列车车钩装置。

(2)断开与车头或车尾的电源相连的线缆，启动车内蓄电池供电行驶系统。

(3)将地铁隧道全时段智能巡检装备开机，自动打开LED 补光带、微型摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪、声波探测仪和气体浓度监测仪；

(4)地铁每运行完整线路一圈，多源激光扫描仪、多源热红外分析仪随转轴依照隧道大小自适应旋转一定角度；

(5)将微型摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪和声波探测仪等探测设备探测预处理数据保留至内置微电脑存储系统内，待白日传输至车辆控制中心，将黑夜监测数据存储至车辆控制中心数据库；

如此循环实现隧道全生命周期全时段24h监测，与运行期间高精度安全保障。

地铁隧道全时段智能监测装备与方法打破了隧道全时段全周期全路段安全监测预警的空白，解决了传统方案事后处理数据的信息滞后，实现了实时人机交互。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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)

1.一种地铁隧道全时段智能监测装备，其特征是：包括行走小车、数据处理系统和无线传输系统，所述行走小车上设置有摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪、声波探测仪和气体浓度监测仪；

所述行走小车上设置有能够与地铁车厢可拆卸连接的连接件；

所述数据处理系统，被配置为接收摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪、声波探测仪和气体浓度监测仪采集的数据，并进行处理，获取实时隧道真实画面状况、实时隧道拱顶沉降情况、实时隧道基地隆起状况、实时隧道不良地质声波反馈和实时隧道内危险气体浓度，通过所述无线传输系统传输给控制中心；

所述多源热红外分析仪每在隧道探测一周，即根据隧道真实断面大小自适应调整转动角度，获得完整隧道热红外云图；

所述行走小车还具有动力系统，所述动力系统包括驱动机构和蓄电池；

所述的装备的白日地铁运营时段工作方法，包括以下步骤：

在车头、头尾处通过连接件将地铁隧道全时段智能巡检装备相连；

将连接外界电源的电缆与车头或车尾的电源相连，对车内蓄电池充电以便晚上探测使用；

将地铁隧道全时段智能巡检装备开机，自动打开LED补光带、摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪、声波探测仪和气体浓度监测仪；

地铁每运行完整线路一圈，多源激光扫描仪、多源热红外分析仪随转轴依照隧道大小自适应旋转一定角度；

将摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪和声波探测仪的探测预处理数据传输至车辆控制中心，控制中心实时对列车运行环境做出评价、对列车运行参数进行优化调整；

所述的装备的非地铁运营方法，包含以下步骤：

将行走小车与车厢拆卸连接；

断开与车头或车尾的电源相连的线缆，启动车内蓄电池供电行驶系统；

将地铁隧道全时段智能巡检装备开机，自动打开LED补光带、微型摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪、声波探测仪和气体浓度监测仪；

地铁每运行完整线路一圈，多源激光扫描仪、多源热红外分析仪随转轴依照隧道大小自适应旋转一定角度；

将摄像机、多源激光扫描仪、多源热红外分析仪和声波探测仪探测预处理数据保留至内置微电脑存储系统内，待白日传输至车辆控制中心，将黑夜监测数据存储至车辆控制中心数据库；

如此循环实现隧道全生命周期全时段监测，与运行期间高精度安全保障。

2.如权利要求1所述的一种地铁隧道全时段智能监测装备，其特征是：所述行走小车具有外壳，外壳上设置有LED补光带。

3.如权利要求1所述的一种地铁隧道全时段智能监测装备，其特征是：所述连接件包括车钩和连接线。

4.如权利要求1所述的一种地铁隧道全时段智能监测装备，其特征是：所述蓄电池通过线缆连接地铁车厢。

5.如权利要求1所述的一种地铁隧道全时段智能监测装备，其特征是：所述数据处理系统通过无线传输系统与驾驶舱机车控制中心通信，实时显示出实时隧道真实画面状况、实时隧道拱顶沉降情况、实时隧道基地隆起状况、实时隧道不良地质声波反馈和实时隧道内危险气体浓度。

6.如权利要求1所述的一种地铁隧道全时段智能监测装备，其特征是：所述数据处理系统通过多源激光扫描仪与声波探测仪联合建模，得到隧道三维点云模型，通过与摄像机采集隧道真实图像相匹配，进而获取真实隧道实时状态图。

7.如权利要求1所述的一种地铁隧道全时段智能监测装备，其特征是：气体浓度监测仪包括电化学一氧化碳传感器、电化学硫化氢传感器、电化学二氧化硫传感器和光干涉甲烷传感器，将采集数据传输至驾驶仓数据数据处理中心，实时展现出隧道内各气体的实时含量。

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