CN115009310A - 自走行铁路隧道评估检修平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自走行铁路隧道评估检修平台及方法，其中该平台包括：自走行载体，包括主控室和作业装置间；检修作业装置，设置于作业装置间中，用于将搭载的地质雷达天线，延伸至隧道衬砌表面，并将地质雷达天线与隧道衬砌表面的间距，控制在预设距离区间内；接收铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据；检测数据评估系统，设置于主控室中，用于进行数据分析，得到铁路隧道评估结果；自动化主控系统，设置于主控室中，用于对检修作业装置进行避障操作。本发明可智能化实现进行铁路隧道评估检修的避障操作，实现隧道检测、维修、评估一体化的综合作业模式。

Description

自走行铁路隧道评估检修平台及方法

技术领域

本发明涉及隧道综合检测技术领域，尤其涉及自走行铁路隧道评估检修平台及方法。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

铁路隧道综合检测及评估是保证行车安全的重要预防措施之一，隧道的综合检测涉及的项目通常包括隧道衬砌混凝土强度、内部缺陷及表观病害、限界、仰拱上拱变形及病害等等。

目前，衬砌混凝土强度检测方式为原位检测，其它项目可进行车载式检测。当前隧道衬砌内部缺陷无损检测主流技术，主要依靠地质雷达，衬砌表观及仰拱病害；而快速检测的主流技术是相机成像或激光成像，限界及仰拱上拱变形的主流技术是激光扫描。

现阶段已研制出普速、高速铁路的隧道检查车，在检测自动化上有了显著改观，利用多套机械臂承载地质雷达伸展到目标位置后，随车辆运行进行隧道衬砌内部缺陷探测，并加装CCD线阵相机实现了对铁路隧道衬砌的表观病害检测，且具备自动化检测的能力，但仍存在铁路隧道评估检修难以实现自动化避障、无牵引动力、车辆与检测装备无法联动、检测仪器集成度不高、检测装备工况自适应性不足且不具备养修功能的问题，实现隧道综合检测评估需要多套系统协同且创新点不足，受复杂环境的干涉性无法规避，效率并未实现本质提高，设备技术指标未实现根本突破，智能特性仍然不强。

发明内容

本发明实施例提供一种自走行铁路隧道评估检修平台，用以智能化实现进行铁路隧道评估检修的避障操作，实现隧道检测、维修、评估一体化的综合作业模式，该自走行铁路隧道评估检修平台包括：

自走行载体，包括位于两端的车辆控制室、和两端车辆控制室之间的：主控室和作业装置间；

检修作业装置，设置于作业装置间中，用于将搭载的地质雷达天线，延伸至隧道衬砌表面，并将地质雷达天线与隧道衬砌表面的间距，控制在预设距离区间内；接收地质雷达天线的铁路隧道雷达检测数据；以激光CCD表观成像技术，对铁路隧道衬砌进行表观成像检测，得到铁路隧道表观成像数据；对路隧道衬砌进行隧道限界断面扫描，得到铁路隧道限界断面检测轮廓数据；

检测数据评估系统，设置于主控室中，用于对铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据进行数据分析，得到铁路隧道评估结果；根据铁路隧道评估结果，发出与铁路隧道评估结果相对应的铁路隧道检修指令；

自动化主控系统，设置于主控室中，用于根据铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据，计算实时自走行载体前进方向的障碍物信息，并对检修作业装置进行避障操作。

本发明实施例还提供一种自走行铁路隧道评估检修方法，用以智能化实现进行铁路隧道评估检修的避障操作，实现隧道检测、维修、评估一体化的综合作业模式，该方法包括：

检修作业装置将搭载的地质雷达天线，延伸至隧道衬砌表面，并将地质雷达天线与隧道衬砌表面的间距，控制在预设距离区间内；接收地质雷达天线的铁路隧道雷达检测数据；以激光CCD表观成像技术，对铁路隧道衬砌进行表观成像检测，得到铁路隧道表观成像数据；对路隧道衬砌进行隧道限界断面扫描，得到铁路隧道限界断面检测轮廓数据；

检测数据评估系统对铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据进行数据分析，得到铁路隧道评估结果；根据铁路隧道评估结果，发出与铁路隧道评估结果相对应的铁路隧道检修指令；

自动化主控系统根据铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据，计算实时自走行载体前进方向的障碍物信息，并对检修作业装置进行避障操作。

本发明实施例中，自走行载体，包括位于两端的车辆控制室、和两端车辆控制室之间的：主控室和作业装置间；检修作业装置，设置于作业装置间中，用于将搭载的地质雷达天线，延伸至隧道衬砌表面，并将地质雷达天线与隧道衬砌表面的间距，控制在预设距离区间内；接收地质雷达天线的铁路隧道雷达检测数据；以激光CCD表观成像技术，对铁路隧道衬砌进行表观成像检测，得到铁路隧道表观成像数据；对路隧道衬砌进行隧道限界断面扫描，得到铁路隧道限界断面检测轮廓数据；检测数据评估系统，设置于主控室中，用于对铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据进行数据分析，得到铁路隧道评估结果；根据铁路隧道评估结果，发出与铁路隧道评估结果相对应的铁路隧道检修指令；自动化主控系统，设置于主控室中，用于根据铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据，计算实时自走行载体前进方向的障碍物信息，并对检修作业装置进行避障操作，从而通过检修作业装置和自动化主控系统，可保障所载地质雷达天线贴合隧道内轮廓，并有效规避接触网架对检测过程的干涉，实现检测数据高质量采集；通过检测数据评估系统，实现了隧道衬砌表观及内部多源检测结果的二维、三维融合展示分析，提升铁路隧道运维阶段的数字化水平，解决了现有技术下因存在无牵引动力、车辆与检测装备无法联动、检测仪器集成度不高、检测装备工况自适应性不足且不具备养修功能的问题，通过自走行铁路隧道评估检修平台，实现了空间的优化利用，也实现了隧道检测、维修、评估一体化的综合作业模式，大幅提升了其一机多维运用的能力，具备强大的市场竞争力。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中一种自走行铁路隧道评估检修平台的结构示意图；

图2为本发明实施例中一种自走行铁路隧道评估检修平台的具体示例图；

图3为本发明实施例中一种自走行铁路隧道评估检修平台的具体示例图；

图4为本发明实施例中一种自走行铁路隧道评估检修平台的具体示例图；

图5为本发明实施例中一种自走行铁路隧道评估检修平台的具体示例图；

图6为本发明实施例中一种自走行铁路隧道评估检修平台的具体示例图；

图7为本发明实施例中一种自走行铁路隧道评估检修平台的具体示例图；

图8为本发明实施例中一种自走行铁路隧道评估检修平台的具体示例图；

图9为本发明实施例中一种自走行铁路隧道评估检修方法的流程示例图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本文中术语“和/或”，仅仅是描述一种关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。

在本说明书的描述中，所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本申请的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。

本申请技术方案中对数据的获取、存储、使用、处理等均符合国家法律法规的相关规定。

铁路隧道综合检测及评估是保证行车安全的重要预防措施之一，隧道的综合检测涉及的项目通常包括隧道衬砌混凝土强度、内部缺陷及表观病害、限界、仰拱上拱变形及病害等等。

目前，衬砌混凝土强度检测方式为原位检测，其它项目可进行车载式检测。当前隧道衬砌内部缺陷无损检测主流技术，主要依靠地质雷达，衬砌表观及仰拱病害；而快速检测的主流技术是相机成像或激光成像，限界及仰拱上拱变形的主流技术是激光扫描。

现阶段已研制出普速、高速铁路的隧道检查车，在检测自动化上有了显著改观，利用多套机械臂承载地质雷达伸展到目标位置后，随车辆运行进行隧道衬砌内部缺陷探测，并加装CCD线阵相机实现了对铁路隧道衬砌的表观病害检测，且具备自动化检测的能力，但仍存在铁路隧道评估检修难以实现自动化避障、无牵引动力、车辆与检测装备无法联动、检测仪器集成度不高、检测装备工况自适应性不足且不具备养修功能的问题，实现隧道综合检测评估需要多套系统协同且创新点不足，受复杂环境的干涉性无法规避，效率并未实现本质提高，设备技术指标未实现根本突破，智能特性仍然不强。

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种自走行铁路隧道评估检修平台，用以智能化实现进行铁路隧道评估检修的避障操作，实现隧道检测、维修、评估一体化的综合作业模式，如图1和图2所示，该自走行铁路隧道评估检修平台包括：

自走行载体101，包括位于两端的车辆控制室1011、和两端车辆控制室之间的：主控室1012和作业装置间1013；

检修作业装置102，设置于作业装置间中，用于将搭载的地质雷达天线，延伸至隧道衬砌表面，并将地质雷达天线与隧道衬砌表面的间距，控制在预设距离区间内；接收地质雷达天线的铁路隧道雷达检测数据；以激光CCD表观成像技术，对铁路隧道衬砌进行表观成像检测，得到铁路隧道表观成像数据；对路隧道衬砌进行隧道限界断面扫描，得到铁路隧道限界断面检测轮廓数据；

检测数据评估系统103，设置于主控室中，用于对铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据进行数据分析，得到铁路隧道评估结果；根据铁路隧道评估结果，发出与铁路隧道评估结果相对应的铁路隧道检修指令；

自动化主控系统104，设置于主控室中，用于根据铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据，计算实时自走行载体前进方向的障碍物信息，并对检修作业装置进行避障操作。

本发明实施例中，自走行载体，包括位于两端的车辆控制室、和两端车辆控制室之间的：主控室和作业装置间；检修作业装置，设置于作业装置间中，用于将搭载的地质雷达天线，延伸至隧道衬砌表面，并将地质雷达天线与隧道衬砌表面的间距，控制在预设距离区间内；接收地质雷达天线的铁路隧道雷达检测数据；以激光CCD表观成像技术，对铁路隧道衬砌进行表观成像检测，得到铁路隧道表观成像数据；对路隧道衬砌进行隧道限界断面扫描，得到铁路隧道限界断面检测轮廓数据；检测数据评估系统，设置于主控室中，用于对铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据进行数据分析，得到铁路隧道评估结果；根据铁路隧道评估结果，发出与铁路隧道评估结果相对应的铁路隧道检修指令；自动化主控系统，设置于主控室中，用于根据铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据，计算实时自走行载体前进方向的障碍物信息，并对检修作业装置进行避障操作，通过检修作业装置和自动化主控系统，可保障所载地质雷达天线贴合隧道内轮廓，并有效规避接触网架对检测过程的干涉，实现检测数据高质量采集；通过检测数据评估系统，实现了隧道衬砌表观及内部多源检测结果的二维、三维融合展示分析，提升铁路隧道运维阶段的数字化水平，解决了现有技术下因存在无牵引动力、车辆与检测装备无法联动、检测仪器集成度不高、检测装备工况自适应性不足且不具备养修功能的问题，通过自走行铁路隧道评估检修平台，实现了空间的优化利用，也实现了隧道检测、维修、评估一体化的综合作业模式，大幅提升了其一机多维运用的能力，具备强大的市场竞争力。

具体实施时，自走行载体，包括位于两端的车辆控制室、和两端车辆控制室之间的：主控室和作业装置间。

实施例中，自走行载体是其它全部系统及装置的移动式搭载平台，基于重型轨道车或动力稳定车进行个性化创新，车辆两端均设定司机(车辆控制)室，互为主从控制。两侧司机室之间设主控室、作业装置间、动力装置间。作业装置间为敞开式结构，以对开式开闭罩对仓内装置进行保护，开启时不遮挡作业装置的操作空间。动力装置间布设了作业装置的动力源及车辆走行驱动的上部能源装置，此处优选为液压系统，两套系统可串联大功率运行，也可以相互独立互不干涉，中间设置切换开关。

具体实施时，检修作业装置，设置于作业装置间中，用于将搭载的地质雷达天线，延伸至隧道衬砌表面，并将地质雷达天线与隧道衬砌表面的间距，控制在预设距离区间内；接收地质雷达天线的铁路隧道雷达检测数据；以激光CCD表观成像技术，对铁路隧道衬砌进行表观成像检测，得到铁路隧道表观成像数据；对路隧道衬砌进行隧道限界断面扫描，得到铁路隧道限界断面检测轮廓数据。

在一个实施例中，超自由度检修作业装置(即上述的检修作业装置)安装于作业装置间，集成检测与维修功能，共三个作业平台，如图7所示，其中检测作业2号平台704承载隧道衬砌内部检测及维修机构，检测作业1、3号平台承载两套隧道衬砌快速检测装置。2号平台优选为柱塞缸筒型稳固式回转平台，居于作业装置间中部，可执行基础升降，且均具备顺、逆时针90°与180°两档旋转功能，可通过旋转位姿功能实现检修全断面覆盖的能力，减少装置机构数量。1号平台705和3号706平台分立作业装置间两侧。

实施例中，检修作业装置，包括：

第一作业平台，用于承载表观检测系统与限界检测系统和相机补光装置；上述表观检测系统与限界检测系统，用于以激光CCD表观成像技术，对铁路隧道衬砌进行表观成像检测，得到铁路隧道表观成像数据；对铁路隧道衬砌进行隧道限界断面扫描，得到铁路隧道限界断面检测轮廓数据；

第二作业平台，用于承载铁路隧道衬砌内部检测机构；上述铁路隧道衬砌内部检测机构，用于以机械臂摆动方式和垂直升降方式，分别将搭载的地面耦合型地质雷达天线，延伸至铁路隧道衬砌表面，并将地面耦合型地质雷达天线与隧道衬砌表面的间距，控制在预设距离区间内；接收地面耦合型地质雷达天线的第一雷达检测数据和第二雷达检测数据；上述第一雷达检测数据为对铁路隧道边墙和铁路隧道拱腰的衬砌进行雷达检测的数据；上述第二雷达检测数据为对铁路隧道拱顶的衬砌进行雷达检测的数据；

第三作业平台，用于承载表观检测系统与限界检测系统、相机补光装置和隧道衬砌内部快速筛查装置；上述隧道衬砌内部快速筛查装置用于以机械电驱伺服动态调整搭载的空气耦合地质雷达天线；接收空气耦合地质雷达天线的第三雷达检测数据。

在一个实施例中，承载铁路隧道衬砌内部检测机构，如图7所示，包括：

第一机械臂707，用于以机械臂摆动方式，将搭载的地质雷达一号阵列检测仪器，延伸至隧道衬砌表面，并将地质雷达一号阵列检测仪器与隧道衬砌表面的间距，控制在预设距离区间内；上述地质雷达一号阵列检测仪器包括地面耦合型地质雷达天线；

第二机械臂708，用于以垂直升降方式，将搭载的地质雷达一号阵列检测仪器，延伸至隧道衬砌表面，并将地质雷达一号阵列检测仪器与隧道衬砌表面的间距，控制在预设距离区间内；

第一平台709，连接第一机械臂和第二机械臂，用于对第一机械臂和第二机械臂进行升降和旋转。

在上述实施例中，如图7所示，检测作业装置的1号平台(即第一作业平台)、3号平台(即第三作业平台)搭载两套隧道衬砌快速检测装置，为龙门框架式设计，两套结构一致，门架顶部两个安装位，两侧各四个安装位，此10个安装位各自具有独立的机械电驱伺服动态调整及云台旋转功能，用以安装CCD表观成像检测仪器设备，使其具备高速检测过程中随动微调其焦距，其中3号平台为双阵龙门框架，另需搭载地质雷达二号阵列检测仪器。

在一个实施例中，第一机械臂，如图3所示，包括：

直臂301，由多级伸缩套筒3011组成，内置反向助推油缸；

伺服油缸302，连接直臂和平台，用于控制直臂在平台上的摆动，调节直臂的俯仰角度；

弧形臂305，为柔刚转换式结构，并通过齿轮303固联直臂；上述弧形臂搭载多个地面耦合型地质雷达天线；上述弧形臂由多个通过带机电锁齿轮304连接的缸筒组成；其中，多个缸筒以段的径向宽度随着远离直臂而递减；每一段缸筒的外凹槽307的滑轨内，均设置电动推杆308；上述电动推杆用于搭载地面耦合型地质雷达天线309。

在一个实施例中，第二机械臂，如图4所示，包括：

多级无间隙套筒401；上述套筒中顶端套筒的外侧加挂电动推杆；上述电动推杆用于搭载地面耦合型地质雷达天线，并伺服调整地面耦合型地质雷达天线与隧道衬砌表面的间距；

伸缩油缸402，连接多级无间隙套筒，用于升降多级无间隙套筒搭载的地面耦合型地质雷达天线；

电磁卡箍底座403，连接套筒中的底端套筒；

可调丝杠407，一端连接电磁卡箍底座，另一端支撑套筒中的底端套筒；

第二平台404，承载电磁卡箍底座，并固定于第一平台之上。

在一个实施例中，上述电磁卡箍底座下方安装有多个轴向弹性调节轨行小轮405和卡箍报轨器406。

举一实例，二号机械臂(即第二机械臂)为可移植化的垂直机械臂，坐落于检测作业2号平台后部，底座设定为大截面矩形电磁卡箍，两端加可调丝杠407支撑在机械臂的基础级套筒，底座失电后可便捷去除机械销后将机械臂整体移除，底座通过平台旋转可使其达到垂直于隧道中线的位置，通过垂直的升降使其搭载的雷达天线达到隧道正拱顶，二号机械臂由多级(可优选四级)碳纤维无间隙套筒组成，轻量化限定在80kg之内，内嵌防摩擦滚珠，截面为正方形或者矩形，利用基础级油缸的快速推动配合内置钢丝的倍数速率关系，可实现多级套筒的倍数速率快速联动，可达2m/s的稳定高速升降，可达到高铁大断面隧道的正拱顶，有效达成快速伸缩避障的目的，顶端套筒外侧加挂小行程电动推杆，天线安装于小行程电推杆平台座上，可伺服调整天线与衬砌表面间距。

举一实例，隧道衬砌内部检测机构用以搭载传统地面耦合型地质雷达天线至隧道衬砌表面合适的工况位置，因其为超限作业形态，在检测过程中需要实时进行避障动作实现检测的连续性，同时需要各地质雷达天线与隧道衬砌表面间距维持在稳定区间。本机构具备超自由度特性，对超自由度的定义为自身的实际自由度之和大于其机构的名义自由度之和，机构优选设定为两根机械臂，其中：

一号机械臂具备边墙拱腰全覆盖检测的能力，名义自由度优选为8，由两段式组合而成，其中基础部分称之为直臂，直臂与其基座之间通过伺服油缸具备摆动功能，可调节直臂的俯仰角度，此外直臂自身由多级伸缩套筒组成，内置反向助推油缸，实现直臂的大行程伸缩。

直臂端头部通过齿轮固联一根弧形臂，齿轮的调整角度可以选择为90°范围，弧形臂搭载着优选3-6台地质雷达天线，自身为柔刚转换式结构，这种结构由极高自由度的刚体缸筒小段通过端部齿轮的机械-电控锁进行形态实时变换，每段缸筒截面为矩形，长度可以一致，每段的径向宽度随着远离直臂而缓递减，彻底实现了对拱部检测复杂恶劣环境的全适应与自调整，每个缸筒小段各自搭载一台地质雷达天线，天线安装于小行程电推杆平台座上，小行程电推杆平动于缸筒小段外凹槽的滑轨内，实现天线的测线位有效调整。

二号机械臂为可移植化的垂直机械臂，坐落于检测作业2号平台后部，底座设定为大截面矩形电磁卡箍，两端加可调丝杠支撑在机械臂的基础级套筒，底座失电后可便捷去除机械销后将机械臂整体移除，底座通过平台旋转可使其达到垂直于隧道中线的位置，通过垂直的升降使其搭载的雷达天线达到隧道正拱顶，二号机械臂由多级(可优选四级)碳纤维无间隙套筒组成，轻量化限定在80kg之内，内嵌防摩擦滚珠，截面为正方形或者矩形，利用基础级油缸的快速推动配合内置钢丝的倍数速率关系，可实现多级套筒的倍数速率快速联动，可达2m/s的稳定高速升降，可达到高铁大断面隧道的正拱顶，有效达成快速伸缩避障的目的，顶端套筒外侧加挂小行程电动推杆，天线安装于小行程电推杆平台座上，可伺服调整天线与衬砌表面间距。

此外，二号机械臂从1号平台移除后，其底座下方安装有可轴向调节的四轮与卡箍报轨器，直接作为走行小车在轨道上推行作业，可以机动性应对正拱顶检测过程中因某些极端客观原因导致无法正常检测的工况。需要维修作业时，将所载地质雷达天线同接口便携更换为机械敲击传感器、微型内窥镜及钻孔枪等其它维修工具，敲击器和钻孔枪等器具均为电控指令操作，相关线缆已同地质雷达天线所需传输线路一并布设，可免人工作业登台完成隧道检测后的复核及破检验证工作，同时可执行局部范围的维修。如进行复杂维修作业，每个缸筒小段搭载器具可更改为相应的施工器具，以此类推。

在一个实施例中，隧道衬砌内部快速筛查装置，包括：

电控旋转平台，搭载地质雷达二号阵列检测仪器，用于控制搭载的地质雷达二号阵列检测仪器的旋转；上述地质雷达二号阵列检测仪器包括空气耦合型地质雷达天线；

伺服调整杆，连接电控旋转平台，用于以机械电驱伺服电控旋转平台的动态调整；

龙门框架；上述龙门框架上包括多个安装位；上述安装位用于安装伺服调整杆。

在一个实施例中，表观检测系统与限界检测系统，包括：

CCD相机，用于以激光CCD表观成像技术对地铁隧道衬砌进行表观成像检测，得到地铁隧道衬砌表观成像数据；

隧道限界断面扫描仪器，用于对铁路隧道衬砌进行隧道限界断面扫描，得到铁路隧道限界断面检测轮廓数据；

搭载每一CCD相机与隧道限界断面扫描仪器的电控旋转云台，用于控制CCD相机与隧道限界断面扫描仪器进行旋转；

搭载电控旋转云台的伺服调整杆，用于以机械伺服调焦功能，调整CCD相机与隧道限界断面扫描仪器进行表观成像检测的焦距。

在上述实施例中，表观检测系统与限界检测系统进行一体化集成，可为2套，如图7所示，可将CCD相机及补光设备依次安装于于1、3号平台安装位上，同时龙门架顶端中部安装隧道限界断面扫描仪器，依靠车体的调平跟随机构彻底解决了车载式限界检测过曲线时因超高调整及相关加宽因素导致的调整误差，大幅提升了限界精度。

耦合集成检测仪器系统可位于作业装置间，实现了多源异构信号的传感器层级的融合联动，创新建立了隧道衬砌表观与内部综合检测模式。其中隧道衬砌内部缺陷检测是多模检测系统，具备两种类别的地质雷达检测仪器，包括地质雷达一号阵列检测仪器及地质雷达二号阵列检测仪器，可实施两种及以上检测模式。

地质雷达一号阵列检测仪器为地面耦合型地质雷达天线，安装在超自由度检修作业装置，优选3台雷达主机控制，通过集成化同步单元联接，高低频天线组合(采用400+900MHz屏蔽天线组)，达到最大检测深度：1.5m，垂直分辨率：高于2cm。探测深度、垂向分辨率互补，可满足衬砌检测对深度及精度的要求。多频段信号互发互收，将传统的“测线”概念提升至包含真实宽度的高度，输出衬砌内部缺陷3D空间参数信息结果。

地质雷达二号阵列检测仪器为空气耦合型地质雷达天线，将天线喇叭口极化角度进行特殊处理，优选开口角度15.3°，发射源电压增压至300V，对发射功率、信噪比、天线与衬砌间距进行配准，通过环形阵列布设，优选10台天线，天线进行吸波屏蔽处理，采取低振铃技术，安装在隧道衬砌快速检测装置上，坐落于3号平台，满足车辆限界范围内的远距离检测技术条件，单线隧道全通道开启，进行一次检测，双线隧道开启顶部2台天线及近端4天天线，每次检测半幅隧道，实现对隧道衬砌内部全断面显著缺陷的初步筛查。

具体实施时，上述地面耦合型地质雷达天线，具体用于：对不同的频段信号进行数据堆叠处理，得到反映不同频段的地铁隧道衬砌雷达检测数据。

在上述实施例中，上述地质雷达天线，如图6所示，可安装在超自由度检修作业装置，可优选2台雷达主机控制，并通过集成化同步单元联接。每一地面耦合型地质雷达天线均可采用高中频天线组合的形式，如采用400+900MHz的屏蔽天线组，其中6000MHz表征天线纵向，1000MHz表征天线径向。

在上述实施例中，地面耦合型地质雷达天线，具体可用于对不同的频段信号进行数据堆叠处理，得到反映不同频段的地铁隧道衬砌雷达检测数据，如地面耦合型地质雷达天线可在采集不同频段数据后，进行数据处理堆叠，从而生成最终数据结果。

在上述实施例中，创新性地采用环向地质雷达天线组阵列式频段信号互发互收模式，并创新设计了交叉蝶形天线，实现了对地铁隧道衬砌内部钢筋网影响的突破性适应，首次实现地铁隧道衬砌内部结构状态3D维度量化展示，如可达到最大的检测深度可为1.5m，而垂直分辨率可高于2cm，且可精细检测钢筋网及其背后状态，有效穿透钢筋对雷达波的反射影响，提升了传统效果应用于地铁隧道检测的局限性。同时，地质雷达天线间可实现多频段信号的互发互收，将传统的“测线”概念提升至包含真实宽度的高度，输出衬砌内部缺陷3D空间参数信息结果。

在上述实施例中，创新采用了环向地质雷达天线组阵列式频段信号互发互收模式，优化了天线极化角度、波瓣、间距对应关系等关键参数，首次实现隧道衬砌内部结构状态3D维度量化展示。

具体实施时，检测数据评估系统，设置于主控室中，用于对铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据进行数据分析，得到铁路隧道评估结果；根据铁路隧道评估结果，发出与铁路隧道评估结果相对应的铁路隧道检修指令。

实施例中，检测数据智能云评估系统是耦合集成检测仪器系统的后端软件平台，从前后端层面封闭了完善了在线检测评估分析一体化能力，主要的检测数据包括地面耦合型地质雷达检测数据、空气耦合型地质雷达检测数据、表观成像检测数据、限界断面检测轮廓数据。本系统通过表观成像检测数据、限界断面检测轮廓数据进行隧道三维模型重构，实现隧道三维外观表征，同时点云信息也会优化迭代输入避障坐标配准过程，更加精细化避障决策，使避障精度达到毫米级，同时三维重构后的模型将地面耦合型地质雷达检测数据、空气耦合型地质雷达检测数据内嵌入衬砌内部对应深度及坐标位置，实现全要素智能云展示。

地面耦合型地质雷达检测数据利用EMD分解、增益经验值自动预估、KF滤波及多通道合成孔径法及显著提升了缺陷范围的绝对精度，较传统地质雷达检测技术的缺陷定位误差值降低75％，空气耦合型地质雷达检测数据利用时变增益、奇异稀疏矩阵多维迭代及信噪比压制，按算法库依次针对不同断面隧道的天线与衬砌间距，实现检测结果的均一化效果，对面积较大的显著浅层缺陷能有效定性识别，从后端算法层面可以进行衬砌内部缺陷快速全断面初筛。最终以隧道衬砌维修管理办法及劣化等级评定规则等依据文件进行结果自适应评价。

具体实施时，自动化主控系统，设置于主控室中，用于根据铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据，计算实时自走行载体前进方向的障碍物信息，并对检修作业装置进行避障操作。

实施例中，自动化主控系统，还用于：

自动化主控系统，用于实时对隧道检测车行进方向预设距离内的侵限物体进行坐标配准，得到侵限物体坐标数据；

对地质雷达天线和地铁隧道衬砌表面，进行激光测距，得到地质雷达天线和地铁隧道衬砌表面的实时间距；

根据第一雷达检测数据、第二雷达检测数据、第三雷达检测数据、侵限物体坐标数据、和地质雷达天线和地铁隧道衬砌表面的实时间距，实时调整隧道衬砌内部精细检测机构。

在一个实施例中，自动化主控系统，包括：

搭载于地质雷达天线上的多个激光测距传感器，用于对地质雷达天线和地铁隧道衬砌表面，进行激光测距，得到地质雷达天线和地铁隧道衬砌表面的实时间距；

搭载于隧道衬砌内部精细检测机构上的多个三维多线障碍物扫描仪306，用于实时对隧道检测车行进方向预设距离内的侵限物体进行坐标配准，得到侵限物体坐标数据。

在上述实施例中，如图3所示，自动化主控系统是全系统智能特性的核心，具备趋向安全的全工况自适应操作逻辑运算功能，主要体现在车辆与超自由度检修作业装置的联动控制，地质雷达天线外框布设4个激光测距传感器310，机械臂体前后方各安装有一个以上的三维多线障碍物扫描仪306，可实时对检测方向12m内的所有侵限物体进行坐标配准，并智能判断安全作业条件，各平台各装置均安装坐标位置计算器，可将各装置及仪器所在工位进行实时反馈，主控系统可根据实时信息获取工位状态是否满足检测条件，此外根据距离保持与避障需求，智能规划执行动作路径，可独立或整体同步控制各执行件的运作。

此外，检测系统与主控系统耦合，1、3号平台的表观检测系统与限界检测系统除了完成正常的检测功能外，将断面信息、实景信息与侵限坐标配准同步结合，全方位增强检测作业的安全性。此外避障的动作逻辑决策直接作用在车辆控制系统，避障动作通常发生在超限作业的隧道衬砌内部检测机构上，检测速度限定在10km/h内，设定12m内识别到障碍物时，在侵限信号解除之前，检测车降速运行，障碍物距离达8m时进入警戒区，检测速度已于4m内降低至5km/h，距离达5m时进入危险区，检测速度已降低至2km/h，确保距离在2m时可实现平稳停车。

避障时通过坐标配准关系圈定涉及到的超限部位，范围内雷达天线电动推杆平台座全部缩回至原始零位，若侵限信号未能解除，一号臂的弯臂对应范围内的刚柔小段向侵限反方向解锁，转动调整位姿，二号臂则是迅速向侵限反向下降，直至消除侵限信号后保持10mm的冗余量，若反向避障时触发了新的侵限，则需发出停车信号，检测车立即制动停车。由此，自动化主控系统可实现全工况安全稳定的检测走行和机构位姿。

具体实施时，本发明实施例提供的自走行铁路隧道评估检修平台，还可以包括：监控系统，位于主控室中，用于实时对检修作业装置、检测数据评估系统和自动化主控系统进行监控，并进行环境检测。

实施例中，监控系统是自动化主控系统的重要辅助模块，其中环境监视器安装在车顶，可回视和前视隧道衬砌内部检测机构，并可实施调用表观成像检测系统的数据结果，辅助主控系统进行环境检测，进行极特殊工况下必要的人工干预。

具体实施时，自走行载体，还包括：位于两端车辆控制室之间的动力装置间；

本发明实施例提供的自走行铁路隧道评估检修平台，还可以包括：双动力系统，包括动力源及驱动自走行载体的上部能源装置，用于为自走行载体进行供电。

在一个实施例中，双动力系统在自走行载体下方安置，其一为大马力标配卡特柴油发电机，内燃直驱自走行载体以不低于120km/h的速度进行高速运转，可进行调运、隧道衬砌表观及仰拱病害检测；其二为清洁能源，可以是氢燃料电池或者大功率动力蓄电池或者混合型电池包，连接低速大扭矩液压传动系统，其液压系统在车体上部，低速大扭矩传动包在车体下部，实现无污染低噪音的作业环境，并且传动包可实现自走行载体0-5km/h范围内无级调速动力，且对应速度的制动距离在30‰的坡度上下走行均可达1m以内，极大幅度的满足了现场的运用条件。

具体实施时，本发明实施例提供的自走行铁路隧道评估检修平台，还可以包括：如图8所示，多个自适应平衡调节器，包括：主动调节器和跟随调节器；上述主动调节器分布于自走行载体的前后转向架构架；上述跟随调节器，用于车体底板面刚度维持。

实施例中，如图8所示，车体下部(即车底架801)设自适应平衡调节器，优选不低于三组，其中两组(或2的倍数)分布于前后转向架构架，为主动调节器；另一组(或1的倍数)调节器为跟随调节器，仅用作车体底板面刚度维持；调节器由惯导陀螺仪与调平跟随机构组成，惯导陀螺仪803实时获取整车(包括作业装置当前的展开姿态)重心位置坐标与倾角，将调平需求传输至调平跟随机构805，调平跟随机构为车体横截面左右向走势的主梁，主梁两侧安装一对可车体垂向方向等量调节的大力矩电动推杆802及其配重附件804，且安装座可以左右平移。

通过安装座左右微调同步推动大力矩电动推杆802所需调节的行程使车体上部平行于空间坐标的隧道人行道板平面，并与构架之间通过空气弹簧806密接减振，实现特种作业车体上部过曲线时的超高倾角消失，同时通过配重附件的自重合理消除倾覆力矩对整车的危险影响因素。

具体实施时，本发明实施例提供的自走行铁路隧道评估检修平台，还可以包括：仰拱病害扫查装置，位于自走行载体的底板中梁，用于进行仰拱病害检测。

实施例中，车体下部另设仰拱病害扫查装置，位于车中，车底板中梁悬吊，四排导柱固联支撑，保证快速检测时搭载系统的稳定性。

下面给出一个具体实施例，来说明本发明的上述平台的具体应用，该实施例中，可以包括：

本发明具体实施例由自走行载体、双动力系统、超自由度检修作业装置、耦合集成检测仪器系统、自动化主控系统、监控系统、检测数据智能云评估系统等组成。该装备通过高度集成多种核心技术，可实现便捷调运与高速运行，兼具隧道全断面快速初筛检查与区域针对性的详细精准检测能力，融合检养修一体化作业模式，为隧道养护单位掌握设备状态提供了有力的理论依据，从而推动铁路隧道衬砌检测方法及状态评定等系列标准的制定，极大促进了隧道检测技术领域的发展，为我国铁路隧道检检测体系的构建提供技术支撑。

1、如图2和图7所示，自走行载体101是其它全部系统及装置的移动式搭载平台，基于重型轨道车或动力稳定车进行个性化创新，车辆两端均设定司机(车辆控制)室1011，互为主从控制，司机(车辆控制)室中搭载有自动化联控系统702。两侧司机室之间设主控室1012、作业装置间1013、动力装置间1014。作业装置间为敞开式结构，以对开式开闭罩204对仓内装置进行保护，开启时不遮挡作业装置的操作空间。动力装置间布设了作业装置的动力源及车辆走行驱动的上部能源装置，此处优选为液压系统，两套系统可串联大功率运行，也可以相互独立互不干涉，中间设置切换开关。

如图2和图8所示，车体下部设自适应平衡调节器201，优选不低于三组，其中两组(或2的倍数)分布于前后转向架构架，为主动调节器；另一组(或1的倍数)调节器为跟随调节器，仅用作车体底板面刚度维持；调节器由惯导陀螺仪与调平跟随机构组成，惯导陀螺仪实时获取整车(包括作业装置当前的展开姿态)重心位置坐标与倾角，将调平需求传输至调平跟随机构，调平跟随机构为车体横截面左右向走势的主梁，主梁两侧安装一对可车体垂向方向等量调节的大力矩电动推杆及其配重附件，且安装座可以左右平移。通过安装座左右微调同步推动电动推杆所需调节的行程使车体上部平行于空间坐标的隧道人行道板平面，并与构架之间通过空气弹簧密接减振，实现特种作业车体上部过曲线时的超高倾角消失，同时通过配重附件的自重合理消除倾覆力矩对整车的危险影响因素。

如图2所示，车体下部另设仰拱病害扫查装置202，位于车中，车底板中梁悬吊，四排导柱固联支撑，保证快速检测时搭载系统的稳定性。

2、如图2所示，双动力系统203在自走行载体下方安置，其一为大马力标配卡特柴油发电机，内燃直驱自走行载体以不低于120km/h的速度进行高速运转，可进行调运、隧道衬砌表观及仰拱病害检测2031；其二为清洁能源，可以是氢燃料电池或者大功率动力蓄电池或者混合型电池包，连接低速大扭矩液压传动系统2032，其液压系统在车体上部，低速大扭矩传动包在车体下部，实现无污染低噪音的作业环境，并且传动包可实现自走行载体0-5km/h范围内无级调速动力，且对应速度的制动距离在30‰的坡度上下走行均可达1m以内，极大幅度的满足了现场的运用条件。

3、如图7所示，超自由度检修作业装置701安装于作业装置间，集成检测与维修功能，共三个作业平台，其中检测作业2号平台承载隧道衬砌内部检测及维修机构，检测作业1、3号平台承载两套隧道衬砌快速检测装置。2号平台优选为柱塞缸筒型稳固式回转平台，居于作业装置间中部，可执行基础升降，且均具备顺、逆时针90°与180°两档旋转功能，可通过旋转位姿功能实现检修全断面覆盖的能力，减少装置机构数量。1、3号平台分立作业装置间两侧。

如图1和图2所示，隧道衬砌内部检测机构用以搭载传统地面耦合型地质雷达天线至隧道衬砌表面合适的工况位置，因其为超限作业形态，在检测过程中需要实时进行避障动作实现检测的连续性，同时需要各地质雷达天线与隧道衬砌表面间距维持在稳定区间。本机构具备超自由度特性，对超自由度的定义为自身的实际自由度之和大于其机构的名义自由度之和，机构优选设定为两根机械臂，如图4和图5所示，

在一个实施例中，隧道衬砌内部快速筛查装置，如图5所示，包括：

电控旋转平台501，搭载空气耦合地质雷达天线，用于控制搭载的空气耦合地质雷达天线504的旋转；

伺服调整杆502，连接电控旋转平台，用于以机械电驱伺服电控旋转平台的动态调整；

龙门框架503；上述龙门框架上包括多个安装位；上述安装位用于安装伺服调整杆。其中一号机械臂具备边墙拱腰全覆盖检测的能力，名义自由度优选为8，由两段式组合而成，其中基础部分称之为直臂，直臂与其基座之间通过伺服油缸具备摆动功能，可调节直臂的俯仰角度，此外直臂自身由多级伸缩套筒组成，内置反向助推油缸，实现直臂的大行程伸缩。直臂端头部通过齿轮固联一根弧形臂，齿轮的调整角度可以选择为90°范围，弧形臂搭载着优选3-6台地质雷达天线，自身为柔刚转换式结构，这种结构由极高自由度的刚体缸筒小段通过端部齿轮的机械-电控锁进行形态实时变换，每段缸筒截面为矩形，长度可以一致，每段的径向宽度随着远离直臂而缓递减，彻底实现了对拱部检测复杂恶劣环境的全适应与自调整，每个缸筒小段各自搭载一台地质雷达天线，天线安装于小行程电推杆平台座上，小行程电推杆平动于缸筒小段外凹槽的滑轨内，实现天线的测线位有效调整。二号机械臂为可移植化的垂直机械臂，坐落于检测作业2号平台后部，底座设定为大截面矩形电磁卡箍，两端加可调丝杠支撑在机械臂的基础级套筒，底座失电后可便捷去除机械销后将机械臂整体移除，底座通过平台旋转可使其达到垂直于隧道中线的位置，通过垂直的升降使其搭载的雷达天线达到隧道正拱顶，二号机械臂由多级(可优选四级)碳纤维无间隙套筒组成，轻量化限定在80kg之内，内嵌防摩擦滚珠，截面为正方形或者矩形，利用基础级油缸的快速推动配合内置钢丝的倍数速率关系，可实现多级套筒的倍数速率快速联动，可达2m/s的稳定高速升降，可达到高铁大断面隧道的正拱顶，有效达成快速伸缩避障的目的，顶端套筒外侧加挂小行程电动推杆，天线安装于小行程电推杆平台座上，可伺服调整天线与衬砌表面间距。此外，二号机械臂从1号平台移除后，其底座下方安装有可轴向调节的四轮与卡箍报轨器，直接作为走行小车在轨道上推行作业，可以机动性应对正拱顶检测过程中因某些极端客观原因导致无法正常检测的工况。需要维修作业时，将所载地质雷达天线同接口便携更换为机械敲击传感器、微型内窥镜及钻孔枪等其它维修工具，敲击器和钻孔枪等器具均为电控指令操作，相关线缆已同地质雷达天线所需传输线路一并布设，可免人工作业登台完成隧道检测后的复核及破检验证工作，同时可执行局部范围的维修。如进行复杂维修作业，每个缸筒小段搭载器具可更改为相应的施工器具，以此类推。

在一个实施例中，隧道衬砌内部快速筛查装置，如图5所示，包括：

电控旋转平台501，搭载空气耦合地质雷达天线，用于控制搭载的空气耦合地质雷达天线504的旋转；

伺服调整杆502，连接电控旋转平台，用于以机械电驱伺服电控旋转平台的动态调整；

龙门框架503；上述龙门框架上包括多个安装位；上述安装位用于安装伺服调整杆。

如图2和5所示，检测作业1、3号平台搭载两套隧道衬砌快速检测装置，为龙门框架式设计，两套结构一致，门架顶部两个安装位，两侧各四个安装位，此10个安装位各自具有独立的机械电驱伺服动态调整及云台旋转功能，用以安装CCD表观成像检测仪器设备，使其具备高速检测过程中随动微调其焦距，如图7所示，其中3号平台为双阵龙门框架，另需搭载地质雷达二号阵列检测仪器。

4.如图1和图2所示，耦合集成检测仪器系统703位于作业装置间，实现了多源异构信号的传感器层级的融合联动，创新建立了隧道衬砌表观与内部综合检测模式。其中隧道衬砌内部缺陷检测是多模检测系统，具备两种类别的地质雷达检测仪器，包括地质雷达一号阵列检测仪器及地质雷达二号阵列检测仪器，可实施两种及以上检测模式。

如图6所示，地质雷达一号阵列检测仪器为地面耦合型地质雷达天线，安装在超自由度检修作业装置，优选3台雷达主机控制，通过集成化同步单元联接，高低频天线组合(采用400+900MHz屏蔽天线组)，达到最大检测深度：1.5m，垂直分辨率：高于2cm。探测深度、垂向分辨率互补，可满足衬砌检测对深度及精度的要求。多频段信号互发互收，将传统的“测线”概念提升至包含真实宽度的高度，输出衬砌内部缺陷3D空间参数信息结果。

地质雷达二号阵列检测仪器为空气耦合型地质雷达天线，将天线喇叭口极化角度进行特殊处理，优选开口角度15.3°，发射源电压增压至300V，对发射功率、信噪比、天线与衬砌间距进行配准，通过环形阵列布设，优选10台天线，天线进行吸波屏蔽处理，采取低振铃技术，安装在隧道衬砌快速检测装置上，坐落于3号平台，满足车辆限界范围内的远距离检测技术条件，单线隧道全通道开启，进行一次检测，双线隧道开启顶部2台天线及近端4天天线，每次检测半幅隧道，实现对隧道衬砌内部全断面显著缺陷的初步筛查。

表观检测系统与限界检测系统进行一体化集成，共2套，将CCD相机及补光设备依次安装于于1、3号平台安装位上，同时龙门架顶端中部安装隧道限界断面扫描仪器，依靠车体的调平跟随机构彻底解决了车载式限界检测过曲线时因超高调整及相关加宽因素导致的调整误差，大幅提升了限界精度。

5.如图2和图3所示，自动化主控系统是全系统智能特性的核心，具备趋向安全的全工况自适应操作逻辑运算功能，主要体现在车辆与超自由度检修作业装置的联动控制，地质雷达天线外框布设4个激光测距传感器310，机械臂体前后方各安装有一个以上的三维多线障碍物扫描仪306，可实时对检测方向12m内的所有侵限物体进行坐标配准，并智能判断安全作业条件，各平台各装置均安装坐标位置计算器，可将各装置及仪器所在工位进行实时反馈，主控系统可根据实时信息获取工位状态是否满足检测条件，此外根据距离保持与避障需求，智能规划执行动作路径，可独立或整体同步控制各执行件的运作。此外，检测系统与主控系统耦合，1、3号平台的表观检测系统与限界检测系统除了完成正常的检测功能外，将断面信息、实景信息与侵限坐标配准同步结合，全方位增强检测作业的安全性。此外避障的动作逻辑决策直接作用在车辆控制系统，避障动作通常发生在超限作业的隧道衬砌内部检测机构上，检测速度限定在10km/h内，设定12m内识别到障碍物时，在侵限信号解除之前，检测车降速运行，障碍物距离达8m时进入警戒区，检测速度已于4m内降低至5km/h，距离达5m时进入危险区，检测速度已降低至2km/h，确保距离在2m时可实现平稳停车。避障时通过坐标配准关系圈定涉及到的超限部位，范围内雷达天线电动推杆平台座全部缩回至原始零位，若侵限信号未能解除，一号臂的弯臂对应范围内的刚柔小段向侵限反方向解锁，转动调整位姿，二号臂则是迅速向侵限反向下降，直至消除侵限信号后保持10mm的冗余量，若反向避障时触发了新的侵限，则需发出停车信号，检测车立即制动停车。由此，自动化主控系统可实现全工况安全稳定的检测走行和机构位姿。

6.如图2所示，监控系统205是自动化主控系统的重要辅助模块，其中环境监视器安装在车顶，可回视和前视隧道衬砌内部检测机构，并可实施调用表观成像检测系统的数据结果，辅助主控系统进行环境检测，进行极特殊工况下必要的人工干预。

7.如图1和图2所示，检测数据智能云评估系统是耦合集成检测仪器系统的后端软件平台，从前后端层面封闭了完善了在线检测评估分析一体化能力，主要的检测数据包括地面耦合型地质雷达检测数据、空气耦合型地质雷达检测数据、表观成像检测数据、限界断面检测轮廓数据。本系统通过表观成像检测数据、限界断面检测轮廓数据进行隧道三维模型重构，实现隧道三维外观表征，同时点云信息也会优化迭代输入避障坐标配准过程，更加精细化避障决策，使避障精度达到毫米级，同时三维重构后的模型将地面耦合型地质雷达检测数据、空气耦合型地质雷达检测数据内嵌入衬砌内部对应深度及坐标位置，实现全要素智能云展示。地面耦合型地质雷达检测数据利用EMD分解、增益经验值自动预估、KF滤波及多通道合成孔径法及显著提升了缺陷范围的绝对精度，较传统地质雷达检测技术的缺陷定位误差值降低75％，空气耦合型地质雷达检测数据利用时变增益、奇异稀疏矩阵多维迭代及信噪比压制，按算法库依次针对不同断面隧道的天线与衬砌间距，实现检测结果的均一化效果，对面积较大的显著浅层缺陷能有效定性识别，从后端算法层面可以进行衬砌内部缺陷快速全断面初筛。最终以隧道衬砌维修管理办法及劣化等级评定规则等依据文件进行结果自适应评价。

如下述，本发明实施例给出一种上述平台的具体工作方法：

本自走行大型智能化装备平台运作仅需配备四人，司机室各一人，主控室两人，作业前预先开启开闭罩，进行检测隧道表观及仰拱病害时，可始终可用过第一动力模式以60-120km/h自行检测，检测隧道衬砌内部及限界时，以第一动力模式运行至隧道封锁区间，切换为第二动力模式，清洁动力能源工作，利用地质雷达二号阵列检测仪器进行远距离检测及限界检测时，检测速度调整为30km/h，利用地质雷达一号阵列检测仪器进行超限精细检测时，检测速度调整为10km/h以内无级调整，维修作业时，走行速度调整为0.5-2km/h内的走行定位速度。

检测前，系统开机，全系统自检，校对初始里程位，将各平台涉及的各装置或机构驱动控制到合理工位，对检测机构而言，其静态初始位置指弧形臂各节缸筒小段以三部分梯形折叠的形式，完全进入车辆限界，受到开闭罩的保护，以6段为例，三部分梯形折叠即1、2与3、4与5、6分别姿态一致，每两段夹角120°，与直臂组成梯形样式。以根部的小段命名为1号小段，首先摆动1号小段角度，将6段整体抬升至合适角度后，摆动3号小段将后四段展开至合理角度，最后摆动5号小段将后两段展开，随后进行电动推杆的微调，调整仪器角度至正面向对应的测线位置，自动作业开启，系统准备就绪，信号传至车辆控制端，司机确认检测开启许可后解锁制动，车辆控制完全由主控系统接管，主控系统开启检测仪器的数据采集功能，检查波形信号正常与否，设置采集参数，准备开启采集。司机仅保留紧急制动功能防止系统意外问题。

维修前，系统开机，全系统自检，开赴对应里程位，车辆制动，将2号平台涉及的机构驱动控制到合理工位，调整仪器角度至正面向对应的测线位置，根据检测结果微操对应器具进行施工作业，并全程监控录像。

当检修完成后，倒序回收各装置设备，作业人员检查装置间设备状态，开闭罩闭合，各工位就绪后，车辆解锁制动，换挡为第一动力模式，高速驶离检测现场，作业全部结束。

本发明实施例的有益效果是：

1.该装备是国内首台具有完全自主知识产权的成套自走行铁路隧道智能综合评估检修平台，使隧道车载检测智能化装备技术领域实现了飞跃提升。

2.独创弯直臂结合式车载隧道衬砌内部检测支撑机构，可最大限度保障所载地质雷达天线贴合隧道内轮廓，有效规避接触网架对检测过程的干涉；创新采用刚柔结合多自由度调节方式，可精准控制地质雷达天线与衬砌表面间距，实现检测数据高质量采集。

3.采取机械伺服控制的隧道衬砌表观检测系统支撑装置，可实现所载线阵相机的角度修正、机械动态调焦功能，解决了大断面铁路隧道全覆盖检测难题。

4.检测控制系统融合多源信号，可灵活控制隧道衬砌内部检测支撑机构伸缩摆动，并有效控制表观检测支撑装置的精准联动，成功解决运营高铁隧道内接触网线和附属设备密布的复杂工况条件下的自主避障这一关键技术难题，首次实现车载式隧道衬砌内部检测全程无人值守，作业效率与传统人力作业方式相比提升八倍以上。

5.创新采用环向地质雷达天线组阵列式频段信号互发互收模式，优化了天线极化角度、波瓣、间距对应关系等关键参数，首次实现隧道衬砌内部结构状态3D维度量化展示。

6.检测硬件传感器层级取得突破，实现了多源异构信号的传感器层级的融合联动。首创了车载式隧道衬砌检测系统多设备耦合、多信息联动的综合检测作业模式。

7.首次量化隧道衬砌内部地质雷达电磁波幅频特性，实现了检测数据的自适应预处理及智能后处理分析。

8.依靠车体的调平跟随机构彻底解决了车载式限界检测过曲线时因超高调整及相关加宽因素导致的调整误差，大幅提升了限界精度。

9.创新设计检测数据智能云评估平台，实现隧道衬砌表观及内部多源检测结果的二维、三维融合展示分析，提升铁路隧道运维阶段的数字化水平，助力隧道的全生命周期运维管理。

10.集成了三作业台结构的检修机构，空间优化利用，实现了隧道检测、维修、评估一体化的综合作业模式，大幅提升了其一机多维运用的能力，具备强大的市场竞争力。

当然，可以理解的是，上述详细流程还可以有其他变化例，相关变化例均应落入本发明的保护范围。

本发明实施例中，自走行载体，包括位于两端的车辆控制室、和两端车辆控制室之间的：主控室和作业装置间；检修作业装置，设置于作业装置间中，用于将搭载的地质雷达天线，延伸至隧道衬砌表面，并将地质雷达天线与隧道衬砌表面的间距，控制在预设距离区间内；接收地质雷达天线的铁路隧道雷达检测数据；以激光CCD表观成像技术，对铁路隧道衬砌进行表观成像检测，得到铁路隧道表观成像数据；对路隧道衬砌进行隧道限界断面扫描，得到铁路隧道限界断面检测轮廓数据；检测数据评估系统，设置于主控室中，用于对铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据进行数据分析，得到铁路隧道评估结果；根据铁路隧道评估结果，发出与铁路隧道评估结果相对应的铁路隧道检修指令；自动化主控系统，设置于主控室中，用于根据铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据，计算实时自走行载体前进方向的障碍物信息，并对检修作业装置进行避障操作，通过检修作业装置和自动化主控系统，可保障所载地质雷达天线贴合隧道内轮廓，并有效规避接触网架对检测过程的干涉，实现检测数据高质量采集；通过检测数据评估系统，实现了隧道衬砌表观及内部多源检测结果的二维、三维融合展示分析，提升铁路隧道运维阶段的数字化水平，解决了现有技术下因存在无牵引动力、车辆与检测装备无法联动、检测仪器集成度不高、检测装备工况自适应性不足且不具备养修功能的问题，通过自走行铁路隧道评估检修平台，实现了空间的优化利用，也实现了隧道检测、维修、评估一体化的综合作业模式，大幅提升了其一机多维运用的能力，具备强大的市场竞争力。

如上述，本发明实施例提供了一种新型的全自动、自走行、高度集成衬砌内部及表观智能检测、缺陷病害复查评估、隐患维修整治的多功能隧道智能综合检修平台，可有效解决现有技术存在的所有问题，具备多重作业模式，可快速筛查、可精细详查、可多系统融合联动作业、可全自动化智能化作业并且具备在线诊断评估及检养修一体功能，运转便利，自控性强，四人即可实施整平台装备作业。

本发明实施例还提供一种自走行铁路隧道评估检修方法，用以智能化实现进行铁路隧道评估检修的避障操作，实现隧道检测、维修、评估一体化的综合作业模式，如图9所示，该方法包括：

步骤901：检修作业装置将搭载的地质雷达天线，延伸至隧道衬砌表面，并将地质雷达天线与隧道衬砌表面的间距，控制在预设距离区间内；接收地质雷达天线的铁路隧道雷达检测数据；以激光CCD表观成像技术，对铁路隧道衬砌进行表观成像检测，得到铁路隧道表观成像数据；对路隧道衬砌进行隧道限界断面扫描，得到铁路隧道限界断面检测轮廓数据；

步骤902：检测数据评估系统对铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据进行数据分析，得到铁路隧道评估结果；根据铁路隧道评估结果，发出与铁路隧道评估结果相对应的铁路隧道检修指令；

步骤903：自动化主控系统根据铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据，计算实时自走行载体前进方向的障碍物信息，并对检修作业装置进行避障操作。

本发明实施例中，自走行载体，包括位于两端的车辆控制室、和两端车辆控制室之间的：主控室和作业装置间；检修作业装置，设置于作业装置间中，用于将搭载的地质雷达天线，延伸至隧道衬砌表面，并将地质雷达天线与隧道衬砌表面的间距，控制在预设距离区间内；接收地质雷达天线的铁路隧道雷达检测数据；以激光CCD表观成像技术，对铁路隧道衬砌进行表观成像检测，得到铁路隧道表观成像数据；对路隧道衬砌进行隧道限界断面扫描，得到铁路隧道限界断面检测轮廓数据；检测数据评估系统，设置于主控室中，用于对铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据进行数据分析，得到铁路隧道评估结果；根据铁路隧道评估结果，发出与铁路隧道评估结果相对应的铁路隧道检修指令；自动化主控系统，设置于主控室中，用于根据铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据，计算实时自走行载体前进方向的障碍物信息，并对检修作业装置进行避障操作，通过检修作业装置和自动化主控系统，可保障所载地质雷达天线贴合隧道内轮廓，并有效规避接触网架对检测过程的干涉，实现检测数据高质量采集；通过检测数据评估系统，实现了隧道衬砌表观及内部多源检测结果的二维、三维融合展示分析，提升铁路隧道运维阶段的数字化水平，解决了现有技术下因存在无牵引动力、车辆与检测装备无法联动、检测仪器集成度不高、检测装备工况自适应性不足且不具备养修功能的问题，通过自走行铁路隧道评估检修平台，实现了空间的优化利用，也实现了隧道检测、维修、评估一体化的综合作业模式，大幅提升了其一机多维运用的能力，具备强大的市场竞争力。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种自走行铁路隧道评估检修平台，其特征在于，包括：

自走行载体，包括位于两端的车辆控制室、和两端车辆控制室之间的：主控室和作业装置间；

检修作业装置，设置于作业装置间中，用于将搭载的地质雷达天线，延伸至隧道衬砌表面，并将地质雷达天线与隧道衬砌表面的间距，控制在预设距离区间内；接收地质雷达天线的铁路隧道雷达检测数据；以激光CCD表观成像技术，对铁路隧道衬砌进行表观成像检测，得到铁路隧道表观成像数据；对路隧道衬砌进行隧道限界断面扫描，得到铁路隧道限界断面检测轮廓数据；

检测数据评估系统，设置于主控室中，用于对铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据进行数据分析，得到铁路隧道评估结果；根据铁路隧道评估结果，发出与铁路隧道评估结果相对应的铁路隧道检修指令；

自动化主控系统，设置于主控室中，用于根据铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据，计算实时自走行载体前进方向的障碍物信息，并对检修作业装置进行避障操作。

2.如权利要求1所述的自走行铁路隧道评估检修平台，其特征在于，检修作业装置，包括：

第一作业平台，用于承载表观检测系统与限界检测系统和相机补光装置；所述表观检测系统与限界检测系统，用于以激光CCD表观成像技术，对铁路隧道衬砌进行表观成像检测，得到铁路隧道表观成像数据；对铁路隧道衬砌进行隧道限界断面扫描，得到铁路隧道限界断面检测轮廓数据；

第二作业平台，用于承载铁路隧道衬砌内部检测机构；所述铁路隧道衬砌内部检测机构，用于以机械臂摆动方式和垂直升降方式，分别将搭载的地面耦合型地质雷达天线，延伸至铁路隧道衬砌表面，并将地面耦合型地质雷达天线与隧道衬砌表面的间距，控制在预设距离区间内；接收地面耦合型地质雷达天线的第一雷达检测数据和第二雷达检测数据；所述第一雷达检测数据为对铁路隧道边墙和铁路隧道拱腰的衬砌进行雷达检测的数据；所述第二雷达检测数据为对铁路隧道拱顶的衬砌进行雷达检测的数据；

第三作业平台，用于承载表观检测系统与限界检测系统、相机补光装置和隧道衬砌内部快速筛查装置；所述隧道衬砌内部快速筛查装置用于以机械电驱伺服动态调整搭载的空气耦合地质雷达天线；接收空气耦合地质雷达天线的第三雷达检测数据。

3.如权利要求1所述的自走行铁路隧道评估检修平台，其特征在于，承载铁路隧道衬砌内部检测机构，包括：

第一机械臂，用于以机械臂摆动方式，将搭载的地质雷达一号阵列检测仪器，延伸至隧道衬砌表面，并将地质雷达一号阵列检测仪器与隧道衬砌表面的间距，控制在预设距离区间内；所述地质雷达一号阵列检测仪器包括地面耦合型地质雷达天线；

第二机械臂，用于以垂直升降方式，将搭载的地质雷达一号阵列检测仪器，延伸至隧道衬砌表面，并将地质雷达一号阵列检测仪器与隧道衬砌表面的间距，控制在预设距离区间内；

第一平台，连接第一机械臂和第二机械臂，用于对第一机械臂和第二机械臂进行升降和旋转。

4.如权利要求3所述的自走行铁路隧道评估检修平台，其特征在于，第一机械臂，包括：

直臂，由多级伸缩套筒组成，内置反向助推油缸；

伺服油缸，连接直臂和平台，用于控制直臂在平台上的摆动，调节直臂的俯仰角度；

弧形臂，为柔刚转换式结构，并通过齿轮固联直臂；所述弧形臂搭载多个地质雷达一号阵列检测仪器；所述弧形臂由多个通过带机电锁齿轮连接的缸筒组成；其中，多个缸筒以段的径向宽度随着远离直臂而递减；每一段缸筒的外凹槽的滑轨内，均设置电动推杆；所述电动推杆用于搭载地质雷达一号阵列检测仪器。

5.如权利要求3所述的自走行铁路隧道评估检修平台，其特征在于，第二机械臂，包括：

多级无间隙套筒；所述套筒中顶端套筒的外侧加挂电动推杆；所述电动推杆用于搭载地面耦合型地质雷达天线，并伺服调整地质雷达一号阵列检测仪器与隧道衬砌表面的间距；

伸缩油缸，连接多级无间隙套筒，用于升降多级无间隙套筒搭载的地质雷达一号阵列检测仪器；

电磁卡箍底座，连接套筒中的底端套筒；

可调丝杠，一端连接电磁卡箍底座，另一端支撑套筒中的底端套筒；

第二平台，承载电磁卡箍底座，并固定于第一平台之上。

6.如权利要求2所述的自走行铁路隧道评估检修平台，其特征在于，隧道衬砌内部快速筛查装置，包括：

电控旋转平台，搭载地质雷达二号阵列检测仪器，用于控制搭载的地质雷达二号阵列检测仪器的旋转；所述地质雷达二号阵列检测仪器包括空气耦合型地质雷达天线；

伺服调整杆，连接电控旋转平台，用于以机械电驱伺服电控旋转平台的动态调整；

龙门框架；所述龙门框架上包括多个安装位；所述安装位用于安装伺服调整杆。

7.如权利要求2所述的自走行铁路隧道评估检修平台，其特征在于，表观检测系统与限界检测系统，包括：

CCD相机，用于以激光CCD表观成像技术对地铁隧道衬砌进行表观成像检测，得到地铁隧道衬砌表观成像数据；

隧道限界断面扫描仪器，用于对铁路隧道衬砌进行隧道限界断面扫描，得到铁路隧道限界断面检测轮廓数据；

搭载每一CCD相机与隧道限界断面扫描仪器的电控旋转云台，用于控制CCD相机与隧道限界断面扫描仪器进行旋转；

搭载电控旋转云台的伺服调整杆，用于以机械伺服调焦功能，调整CCD相机与隧道限界断面扫描仪器进行表观成像检测的焦距。

8.如权利要求1所述的自走行铁路隧道评估检修平台，其特征在于，自动化主控系统，还用于：

自动化主控系统，用于实时对隧道检测车行进方向预设距离内的侵限物体进行坐标配准，得到侵限物体坐标数据；

对地质雷达天线和地铁隧道衬砌表面，进行激光测距，得到地质雷达天线和地铁隧道衬砌表面的实时间距；

根据第一雷达检测数据、第二雷达检测数据、第三雷达检测数据、侵限物体坐标数据、和地质雷达天线和地铁隧道衬砌表面的实时间距，实时调整隧道衬砌内部精细检测机构。

9.如权利要求8所述的自走行铁路隧道评估检修平台，其特征在于，自动化主控系统，包括：

搭载于地质雷达天线上的多个激光测距传感器，用于对地质雷达天线和地铁隧道衬砌表面，进行激光测距，得到地质雷达天线和地铁隧道衬砌表面的实时间距；

搭载于隧道衬砌内部精细检测机构上的多个三维多线障碍物扫描仪306，用于实时对隧道检测车行进方向预设距离内的侵限物体进行坐标配准，得到侵限物体坐标数据。

10.如权利要求1所述的自走行铁路隧道评估检修平台，其特征在于，还包括：

监控系统，位于主控室中，用于实时对检修作业装置、检测数据评估系统和自动化主控系统进行监控，并进行环境检测。

11.如权利要求1所述的自走行铁路隧道评估检修平台，其特征在于，自走行载体，还包括：位于两端车辆控制室之间的动力装置间；

所述自走行铁路隧道评估检修平台，还包括：双动力系统，包括动力源及驱动自走行载体的上部能源装置，用于为自走行载体进行供电。

12.如权利要求1所述的自走行铁路隧道评估检修平台，其特征在于，还包括：

多个自适应平衡调节器，包括：主动调节器和跟随调节器；所述主动调节器分布于自走行载体的前后转向架构架；所述跟随调节器，用于车体底板面刚度维持。

13.如权利要求1所述的自走行铁路隧道评估检修平台，其特征在于，还包括：仰拱病害扫查装置，位于自走行载体的底板中梁，用于进行仰拱病害检测。

14.一种自走行铁路隧道评估检修方法，其特征在于，应用于如权利要求1-13任一所述的自走行铁路隧道评估检修平台，该方法包括：

检修作业装置将搭载的地质雷达天线，延伸至隧道衬砌表面，并将地质雷达天线与隧道衬砌表面的间距，控制在预设距离区间内；接收地质雷达天线的铁路隧道雷达检测数据；以激光CCD表观成像技术，对铁路隧道衬砌进行表观成像检测，得到铁路隧道表观成像数据；对路隧道衬砌进行隧道限界断面扫描，得到铁路隧道限界断面检测轮廓数据；

检测数据评估系统对铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据进行数据分析，得到铁路隧道评估结果；根据铁路隧道评估结果，发出与铁路隧道评估结果相对应的铁路隧道检修指令；

自动化主控系统根据铁路隧道雷达检测数据、铁路隧道表观成像数据和铁路隧道限界断面检测轮廓数据，计算实时自走行载体前进方向的障碍物信息，并对检修作业装置进行避障操作。

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