CN116858118A - 一种基于双车的动态行进监测隧道形变检测设备和方法 - Google Patents

一种基于双车的动态行进监测隧道形变检测设备和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116858118A
CN116858118A CN202310815234.0A CN202310815234A CN116858118A CN 116858118 A CN116858118 A CN 116858118A CN 202310815234 A CN202310815234 A CN 202310815234A CN 116858118 A CN116858118 A CN 116858118A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vehicle
tunnel
rear vehicle
front vehicle
sub
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310815234.0A
Other languages
English (en)
Inventor
赵和平
沈新锋
姜明
何伟
邱云奎
胡明捷
段林忠
郑高柱
何灿飞
龚金辉
吴同能
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Insigma System Engineering Co ltd
Original Assignee
Insigma System Engineering Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Insigma System Engineering Co ltd filed Critical Insigma System Engineering Co ltd
Priority to CN202310815234.0A priority Critical patent/CN116858118A/zh
Publication of CN116858118A publication Critical patent/CN116858118A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
    • E21F17/18—Special adaptations of signalling or alarm devices
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K17/00—Methods or arrangements for effecting co-operative working between equipments covered by two or more of main groups G06K1/00 - G06K15/00, e.g. automatic card files incorporating conveying and reading operations
    • G06K17/0022—Methods or arrangements for effecting co-operative working between equipments covered by two or more of main groups G06K1/00 - G06K15/00, e.g. automatic card files incorporating conveying and reading operations arrangements or provisious for transferring data to distant stations, e.g. from a sensing device
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/80—Services using short range communication, e.g. near-field communication [NFC], radio-frequency identification [RFID] or low energy communication

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本申请提供一种基于双车的动态行进监测隧道形变检测设备和方法，属于隧道形变快速检测技术领域，检测设备和方法基于前车和后车双移动平台，前车和后车依靠若干RFID标签灵活定位运动，从初始位置开始至下一个可视距离的测量点，后车上的可见激光测距仪将激光照射在移动到下一个测量点的前车的激光定位标靶并测得前后两车的精确距离，前车的工业视觉分析系统获取激光定位标靶上的可见激光斑点图像并计算得到激光斑点中心在激光定位标靶的偏移坐标；通过对预定的隧道范围进行动态测量，将隧道管道相同位置的不同时间域中的管体截面坐标进行计算对比从而获取隧道管道的整体相关的形变变化量，提高了隧道形变检测的效率和准确性。

Description

一种基于双车的动态行进监测隧道形变检测设备和方法
技术领域
本申请涉及隧道形变快速检测技术领域，尤其涉及一种基于双车的动态行进监测隧道形变检测设备和方法。
背景技术
隧道建造在地质结构复杂、岩土特性不均匀的地层中,在施工和运营过程中各种外部的长期应力作用和自然环境因素的影响下,其工程性态和安全状况随时都在发生变化。单独的隧道管片形变在日常中比较容易通过管片的尺寸形变被监测出来。但整条区间隧道的三维尺度整体的形变是不容易被监测出来，尤其是水平压力方向扰动导致的隧道管线的水平形变。使用经纬仪逐段的累加变量测量需要花费大量的资源进行日常测试和计算分析。如果隧道形变出现异常,任其发展将对运营和地面的安全带来干扰后果不堪设想。隧道的形变引起的扰动会带来两个方面的重大问题：
第一、过大的整体隧道形变将严重威胁管道的安全及工程的顺利进行；
第二、过大的整体隧道形变对于地面沉降和周边道路、建筑、地下管线等设施会导致造成极大安全隐患。
通常隧道采用分段应力沉降或者静力水准仪进行分段检测沉降方式，而对于隧道的水平形变采用经纬仪在基准点上与事先的测量点进行测量获取水平形变数据。对于隧道沉降和水平的形变如果需要对隧道整条隧道检测，需要在隧道中安装长距离的应力传感，静力水准仪和水平测量基准点进行变形压力监测过程和水平形变的视距坐标测量人工监测。通过分析计算获取隧道的沉降和水平形变量。通过对比多次测出的变化量分析整条测量区域的地铁隧道的沉降和水平形变。通过隧道的形变量测量需要使用采用静态的测量点对沉降和水平变化进行测量。但是由于是静态的测量点，在长距离的测量需要在大范围的隧道中安装大量的监测设备以保证隧道变形数据的完整度。在短时间内对整条隧道不同的点位进行视距内的水平形变坐标测量以满足有效时间内隧道的水平形变检测。在隧道在变形较大的位置原有的检测模式不能根据隧道的形变动态改变监测点的检测长度和监测密度。现有的监测方式在成本，时效上不能动态的对于隧道整体形变监测提供实时性和经济性之间平衡的支持。
发明内容
本申请的目的是为了解决现有技术中上述的问题，本申请提供了一种基于双车的动态行进监测隧道形变检测设备和方法，通过自动行走的双车检测设备快速对长距离隧道形变提供动态、快速的检测数据，在轨道上设置RFID电子标签可实现双车自动定位所在检测管道的测量信息，而通过改变RFID电子标签的读取密度可任意改变隧道形变的扫描范围以及形变检测数据采样范围和数量；通过对预定的隧道范围进行动态测量，将隧道管道相同位置的不同时间域中的管体截面计算坐标进行对比从而获取隧道管道的整体相关的形变变化量，提高了隧道形变检测的效率和准确性。
为了实现上述目的，本申请采用了如下技术方案：
一种基于双车的动态行进监测隧道形变检测设备，其特征在于，设备包括：后车和前车，后车和前车均为自主行走车辆；
后车上设置有后车5G/WIFI模块、后车边缘服务器、可见光激光测距仪、电动水平调节机构和后车可约束RFID读取器；后车5G/WIFI模块用于与前车通讯；后车边缘服务器用于计算局部隧道管道轴线偏移坐标和全局隧道管道轴线偏移坐标；可见光激光测距仪用于向前车发射一束可见光激光，并测量前车和后车之间的距离；电动水平调节机构设置在可见光激光测距仪的下方，用于根据可见光激光测距仪内设置的电子水平传感器的信号调整可见光激光测距仪输出光束处于水平方向；后车可约束RFID读取器设置在后车的前端，用于读取铺装于地面的RFID标签；
前车上设置有前车5G/WIFI模块、前车边缘服务器、激光定位标靶、工业视觉分析系统和前车可约束RFID读取器；激光定位标靶用于接收后车上的可见光激光测距仪发射的可见激光斑点；工业视觉分析系统用于获取激光定位标靶上的可见激光斑点图像，通过计算得到可见激光斑点中心在激光定位标靶上的偏移坐标，并将结果发送给前车边缘服务器；前车边缘服务器与前车5G/WIFI模块电连接，前车5G/WIFI模块与后车5G/WIFI模块无线通讯；前车可约束RFID读取器设置在前车的前端，用于读取铺装于地面的RFID标签。
在一些技术方案中，前车可约束RFID读取器和后车可约束RFID读取器通过读取铺装于地面的RFID标签的读取密度和读取范围确定隧道管道形变检测的检测密度和范围。
在一些技术方案中，后车从后车边缘服务器中读取测量密度和轴向方向检测精度要求范围，并以此计算出前车和后车的目标RFID标签地址。
在一些技术方案中，每个目标RFID标签地址IDn又分为3个子标签地址，即每个测点具有3个子RFID标签，分别为第一子RFID标签、第二子RFID标签和第三子RFID标签。
在一些技术方案中，前车可约束RFID读取器读取第一子RFID标签、第二子RFID标签和第三子RFID标签；第一子RFID标签用于提示前车开始减速，前车在第二子RFID标签位置处停车开始检测，第三子RFID标签处为第二子RFID标签位置检测结果的校验位置。
在一些技术方案中，后车的可约束RFID读取器读取第一子RFID标签和第二子RFID标签，第一子RFID标签用于提示后车开始减速，后车在第二子RFID标签位置处停车开始检测。
一种基于双车的动态行进监测隧道形变检测方法，使用上述的检测设备，方法包括：(1)获取检测数据；(2)计算轴线偏移数据；(3)比较轴线历史形变。
步骤(1)进一步包括：
(1.1)获取由地铁形变基准网提供的基础沉降观测基准点坐标，后车和前车初始化并获取可见光激光测距仪发射点水平高度，计算得出测量基准坐标；
(1.2)后车根据系统设定的测量密度和轴向方向检测精度要求范围计算得到对应测量RFID标签地址，后车和前车运动至相应RFID标签地址位置；
(1.3)后车和前车到达预定位置后读取RFID标签地址，后车启动可见光激光测距仪，电动水平调节机构调整可见光激光测距仪输出光束保持处于水平方向，可见光激光测距仪测量并获取前后两车的距离；
(1.4)前车的工业视觉分析系统获取激光定位标靶上的可见激光斑点图像，并计算得到可见激光斑点中心在激光定位标靶上的偏移坐标数据。
步骤(2)进一步包括：
(2.1)将前车获得的偏移坐标数据和RFID ID数据通过前车5G/WIFI模块发送至后车边缘服务器，后车边缘服务器计算得到前车至后车的沉降和水平位移量；
(2.2)后车边缘服务器基于前后两车的距离和上述沉降和水平位移量计算管道轴线偏移，计算由测量基准坐标至前后车所在管片位置的全局绝对轴线偏移坐标(即管道形变的累积量)；
(2.3)将获得的由测量基准坐标至前后车所在管道位置的全局绝对轴线偏移坐标保存在后车边缘服务器中；
(2.4)判断隧道管线测量是否完成，未完成继续执行步骤(1.3)，完成则保存隧道管线轴线偏移坐标。
步骤(3)进一步包括：
(3.1)后车边缘服务器中设置有形变比较控制比例参数(即相当于阈值范围)，读取此参数；
(3.2)后车边缘服务器将最近一次的隧道管线轴线偏移数据坐标与此次得到的隧道管线轴线偏移数据坐标进行比较，得到比较结果数据；
(3.3)当步骤(3.2)得到的比较结果数据大于了形变比较控制比例参数，则系统报警，若比较结果数据大于了形变比较控制比例参数，则结束检测。
本申请相比于现有技术，具有如下优点：
(1)通过在地面铺设RFID电子标签可实现双车自动定位所在检测管道的测量信息，而通过改变RFID电子标签的读取密度可任意改变隧道形变的扫描范围以及形变检测数据采样范围和数量；RFID技术的应用使得动态隧道管道形变检测具有极大的灵活性，且具有极高的可靠性和稳定性；
(2)每个被测点(或测量点)处具3个子RFID标签，可以充分保证动态检测的检测效率，提高检测速度；还可以提高数据准确性，避免某一测量点存在较大偶发测量偏差而导致整个隧道形变检测结论不准确，及时发现问题避免造成不必要的浪费；
(3)通过持续的自动行走的双车检测系统，可以对长距离隧道形变提供快速、动态、可延伸的形变检测；
(4)通过两车持续测量，采用光学测量方法分段获取隧道测量区间的形变，并最终通过累积算法获得隧道全局形变数据。
附图说明
图1所示为常规隧道的构成以及隧道管片偏移变形的示意图；
图2所示为基于双车的动态行进监测隧道形变检测设备的结构示意图；
图3所示为隧道管道测量坐标系的示意图；
图4所示为可见光激光测距在激光定位标靶不同位置形成激光光斑的示意图；
图5所示为基于双车的动态行进监测隧道形变检测设备的工作原理示意图；
图6所示为激光斑点位置与隧道形变关系的示意图；
图7所示为隧道的多段测量与形变的曲线关系示意图；
图8所示为基于双车的动态行进监测隧道形变检测方法的流程示意图。
附图标记如下：1-后车，2-前车，3-轨道，11-后车5G/WIFI模块，12-后车边缘服务器，13-可见光激光测距仪，14-电动水平调节机构，15-后车可约束RFID读取器，16-RFID电子标签，21-前车5G/WIFI模块，22-前车边缘服务器，23-激光定位标靶，24-工业视觉分析系统，25-前车可约束RFID读取器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部。
本申请公开了一种基于双车的动态行进监测隧道形变检测设备和方法。下面将参考说明书附图1-8详细介绍本申请各实施例中的基于RFID的双车动态隧道形变检测设备和方法。
为了使得本申请的创造性更加清晰明了，首先简要介绍一下RFID的原理及其应用以及常规隧道的构成及其偏移变形的基本情况。
射频识别(RFID)是Radio Frequency Identification的缩写，其原理为阅读器与标签之间进行非接触式的数据通信，达到识别目标的目的。RFID广泛应用于门禁管制、停车场管制、生产线自动化、防盗等领域；而在隧道领域，RFID主要用于隧道安全管理中的人员定位。在现有技术中RFID技术从未被应用于隧道形变快速检测技术领域，本申请的申请人根据RFID高度的识别可靠性和稳定性、快速的识别速度特点，创造性地将RFID技术与激光技术相结合用于动态隧道形变检测设备中，从而实现了隧道形变的快速动态检测；通过铺装于地面的RFID标签的数量可以决定隧道管道形变检测的检测密度，进一步地，可约束RFID读取器读取RFID标签的读取密度和读取范围可以灵活确定形变检测的采样数量和范围，因此RFID技术的应用使得动态隧道管道形变检测具有极大的灵活性，且具有极高的可靠性和稳定性，这是现有技术所实现不了的。
如图1所示，通常隧道由多段隧道预制管片构成。图1示例性地示出了隧道包括管片A、管片B和管片C，理想状态下隧道未变形或者沉降，各隧道管片中心轴线同轴。而在长距离范围的隧道内，由于设计，施工或者本身管道施工的要求的管道的形变，管片间会发生偏移，这就产生了隧道管片中心偏移轴线，隧道形变检测设备需要检测并记录测量出来的隧道管片中心偏移轴线，若其在施工的允许变形过程的距离范围内，则仅将其记录在服务器内备用，若其超出了施工的允许变形过程的距离范围内，则报警处理。
如图2所示，本发明实施例的基于双车的动态行进监测隧道形变检测设备，包括：后车1(激光测距车)和前车2(光学监测车)，后车1和前车2均为自主行走车辆；
后车1上设置有后车5G/WIFI模块11、后车边缘服务器12、可见光激光测距仪13、电动水平调节机构14和后车可约束RFID读取器15；后车5G/WIFI模块11用于与前车2通讯；后车边缘服务器12用于计算局部隧道管道轴线偏移坐标和全局隧道管道轴线偏移坐标；可见光激光测距仪13用于向前车2发射一束可见光激光，并测量前车2和后车1之间的距离；电动水平调节机构14设置在可见光激光测距仪13的下方，用于根据可见光激光测距仪13内设置的电子水平传感器的信号调整可见光激光测距仪13输出光束处于水平方向；后车可约束RFID读取器15设置在后车1的前端，用于读取铺装于地面的RFID标签；
前车2上设置有前车5G/WIFI模块21、前车边缘服务器22、激光定位标靶23、工业视觉分析系统24和前车可约束RFID读取器25；激光定位标靶23用于接收后车1上的可见光激光测距仪13发射的可见激光斑点；工业视觉分析系统24用于获取激光定位标靶23上的可见激光斑点图像，通过计算得到可见激光斑点中心在激光定位标靶23上的偏移坐标，并将结果发送给前车边缘服务器22；前车边缘服务器22与前车5G/WIFI模块21电连接，前车5G/WIFI模块21与后车5G/WIFI模块11无线通讯；前车可约束RFID读取器25设置在前车2的前端，用于读取铺装于地面的RFID标签；
其中，可见光激光测距仪13和激光定位标靶23在轨道3中的高度设定为固定高度，初始状态可见光激光测距仪13的出射光束的中心落在激光定位标靶23中心。
如图3所示，隧道管道测量坐标系统采用三坐标系统为测量基准，后车1和前车2的起始位置，Z轴方向为后车1指向前车2的运动方向，可见光激光测距仪13发射点坐标位置为坐标系原点，X轴为发射点水平方向，Y轴为发射点垂直方向；将坐标系统定义为：
X：为水平测量偏移坐标，单位为毫米(mm)；
Y：为垂直水平测量偏移坐标，单位为毫米(mm)；
Z：为轴向测量偏移坐标，单位为米(m)。
图2中所示，车站起始基准坐标为(X0,Y0,Z0)，由地铁形变基准网提供的基础沉降观测基准点坐标与后车可见光激光测距仪13发射点在隧道中的高度经坐标转换计算得出，通过叠加计算出当前车站的沉降基准相对应海平面的基准坐标，也就是测量基准坐标(X0,Y0,Z0)；后车1所处的位置测量点坐标为(Xm,Ym,Zm)，后车1所处的位置测量点坐标为可见光激光测距仪13发射点在隧道管道测量坐标中的位置，后车在车站自动获取或者手工输入形变基准测量的基准坐标(X0,Y0,Z0)用于作为基准，若从车站开始检测则后车1的起始坐标为(Xm,Ym,Zm)＝(X0,Y0,Z0)；前车2所处的位置被测点坐标为(Xn,Yn,Zn)，起始位置处与后车紧邻；在检测起始位置，前车2和后车1处于前后相接的位置，由于隧道管道的刚性强度和前后两车(1，2)的距离很短，可认为(XmYm)＝(XnYn)，即起始阶段短距离范围内两车之间的的管道中轴线的偏离(沉降和水平偏移)可以认为是一致的。
基于双车的动态行进监测隧道形变检测设备工作过程如下：
后车1的后车可约束RFID读取器15读取车站起始位置铺装于地面的RFID标签，并获取预埋轨道下的RFID标签的地址IDm；后车1从后车边缘服务器12中读取测量密度γ(IDs/米)和轴向方向检测精度要求范围δ(米/次)并计算出数据库中当前IDm对应的前车车辆系统应当对应测量RFID标签地址IDn；通过后车5G/WIFI模块11将计算得到的RFID标签地址IDn发送至前车边缘服务器22。系统管理员会根据测量的密度和精度要求进行适当的调整以符合当前隧道管道形变测量精度的要求，并保证两车之间最小的激光可视测量范围距离；最小测量间距可调整到单一管片的距离，最大测量间距可调整至激光可直射的标靶板的有效测量偏移反射面范围以内。前车2接收到后车1发送的的RFID标签地址IDn后，前车2开始行进(此时后车1保持或运动至RFID标签IDm处)，并利用前车可约束RFID读取器25在前车2行进过程中沿途读取地面的管片RFID标签；当前车可约束RFID读取器25读取到RFID标签地址IDn后，前车2停车，前车边缘服务器22通过前车5G/WIFI模块21将RFID标签地址IDn发送至后车边缘服务器12；后车边缘服务器12将接收到的RFID标签地址与发送的RFID标签地址进行对比，二者一致则后车1启动可见光激光测距仪13。
如图4所示，若测量的管道未发生变形或沉降，则通常可见光激光测距仪13发射的激光将在激光定位标靶23的中心位置形成可见激光斑点；但是由于设计、施工或者本身管道施工的要求的管道的形变，将导致可见光激光测距仪13在前车激光定位标靶23上呈现的可见激光斑点偏移中心点。
如图5所示，可见光激光测距仪13发射的激光在激光定位标靶23上形成可见激光斑点，电动水平调节机构14设置在可见光激光测距仪13的下方，位于后车1和可见光激光测距仪13之间。电动水平调节机构14可根据可见光激光测距仪13内设置的电子水平传感器的信号调整可见光激光测距仪13输出光束保持处于水平方向，以避免由于水平沉降导致在测量过程中由于两车高度的变化而引起的测量误差的产生。后车边缘服务器12通过可见光激光测距仪13获得前后两车的精确距离Dmn。后车1的可见光激光测距仪13发射的激光照射在前车2的激光定位标靶23上，如果激光照射点超出激光定位标靶23的测量范围则前车停止运行并立即报警给管理人员监测处理，如果激光照射点在激光定位标靶23的测量范围内，前车2携带的工业视觉分析系统24会获取激光定位标靶23上的可见激光斑点图像，并通过定位、测量、计算得到可见激光斑点中心在激光定位标靶23上的偏移坐标数据。
如图6所示，通过激光斑点中心在激光定位标靶23上的偏移坐标数据计算形变过程如下：在激光定位标靶23的激光斑点从前车由测量点M移至被测点N过程中，激光斑点的坐标从(Xm，Ym)变化至(Xn，Yn)；
X水平轴向管道形变(水平位移)：ΔX＝(Xm-Xn)；
Y垂直轴向管道形变(沉降位移)：ΔY＝(Ym-Yn)；
X，Y轴向管道形变：(ΔX，ΔY)＝((Xm-Xn)，(Ym-Yn))；
X，Y轴空间偏移即对应不同的管道区间在Z轴线截面变形量。也是对应前车和后车在多个测量点间的距离Dmn范围内的形变结果量(ΔX，ΔY)。
优选地，在一些实施例中，RFID标签地址IDn又分为3个子标签地址IDn0、IDn1和IDn2。也就是说每个被测点(或测量点)处具3个子RFID标签，分别为第一、第二、第三子RFID标签(可等间隔设置)，第一、第二、第三子RFID标签的子标签地址分别为IDn0、IDn1和IDn2。地址为IDn0的第一子RFID标签用于提示前车2减速，当前车2行进过程中沿途读取到地址为IDn0的第一子RFID标签，则前车2减速行进，当可约束RFID读取器读取到地址为IDn1的第二子RFID标签，则前车2停车。这样的设计可以充分保证动态检测的检测效率，提高检测速度，在测量点之前前车2可以快速运行通过，而靠近测量点则提前减速、准备停车。地址为IDn1的第二子RFID标签位置处采集的数据将用于隧道形变检测分析，完成测量后前车2继续低速运动至地址为IDn2的第三子RFID标签位置处后停车，前车2携带的工业视觉分析系统24会再次获取此位置处激光定位标靶23上的可见激光斑点图像，并计算得到可见激光斑点中心在激光定位标靶23上的偏移坐标数据，地址为IDn2的第三子RFID标签位置处得到偏移坐标数据将作为校验数据与地址为IDn1的第二子RFID标签位置处得到偏移坐标数据进行比较，若两处的偏移坐标数据的偏差超出设定阈值，则判定地址为IDn1的第二子RFID标签位置处得到的偏移坐标数据存在异常，停止检测并人工介入检查，若两处的偏移坐标数据的偏差在设定阈值的范围内，则判定地址为IDn1的第二子RFID标签位置处得到偏移坐标数据无异常。三个子RFID标签的间距相比于前后两车的距离Dmn较小，地址为IDn0的第一子RFID标签与地址为IDn2的第三子RFID标签之间的距离可在前后两车距离Dmn的1％-10％范围内，IDn2的第三子RFID标签的设置可以校验地址为IDn1的第二子RFID标签位置处的数据准确性，可以避免某一测量点存在较大偶发测量偏差而导致整个隧道形变检测结论不准确，及时发现问题避免造成不必要的资源浪费。
后车1的可约束RFID读取器需要读取的RFID标签地址IDm仅包括3个子标签地址IDm0、IDm1和IDm2中的IDm0和IDm1，后车可约束RFID读取器15行进过程中沿途读取到地址为IDm0的第一子RFID标签，则后车1减速行进，当可约束RFID读取器读取到地址为IDm1的第二子RFID标签，则后车1停车。而在前车2在地址为IDn1的第二子RFID标签位置处完成，前车2继续低速运动至地址为IDn2的第三子RFID标签位置处后停车测量过程中，后车1始终保持在地址为IDm1的第二子RFID标签位置处。前车边缘服务器22完成校验通过后前后两车可继续运动至下一位置检测。
隧道管道形变检测过程中确定测量基准坐标(X0,Y0,Z0)，并多次获得前、后车每次测量距离ΔZ＝Dmn及投射斑点(Xn，Yn)，将其作为可以获得的测量范围内从测量起始点(Xm，Ym)至被测量点的(Xn，Yn)的隧道形变(ΔX，ΔY)的Z轴向形变的管道形变空间数据。
如图7所示，从基准坐标(X0,Y0,Z0)开始测量至测量点n的管道形变量检测，ΔXn＝Xm～Xn，X轴向量的分段测量形变，ΔYn＝Ym～Yn，Y轴向量的分段测量形变，ΔZn＝Zm～Zn，Z轴向量的分段测量形变。在与行进轴Z垂直的X，Y的轴面上，在测量区间的Z轴形变积累的坐标为：
(ΔX,ΔY)＝(X0,Y0)+(ΔX1,ΔY1)+(ΔX2,ΔY2)+…+(ΔXm,ΔYm)+(ΔXn,ΔYn)
(X0,Y0)为初始化基准坐标，其向量为0，则至点位距离n的轴变形坐标为多段管道m～n之间的轨道管道形变的累积量为：(ΔX,ΔY)＝(ΔX1,ΔY1)+(ΔX2,ΔY2)+…+(ΔXm,ΔYm)+(ΔXn,ΔYn)。
将从基准坐标开始的轨道管道形变的累积量按照不同的时间点进行存储，将当期的测量数据与上期的测量数据进行数据相减比较和可视化，便可直接获取隧道在各向量的形变范围，形变范围超过系统管理人员设定，则系统对该隧道过限状态进行报警。
如图8所示，一种基于双车的动态行进监测隧道形变检测方法，使用上述基于RFID的双车动态行进监测隧道形变检测设备，检测方法包括：(1)获取检测数据；(2)计算轴线偏移数据；(3)比较轴线历史形变。
步骤(1)进一步包括：
(1.1)获取由地铁形变基准网提供的基础沉降观测基准点坐标，后车1和前车2初始化并获取可见光激光测距仪13发射点的高度，计算得出测量基准坐标；
(1.2)后车1根据测量密度和轴向方向检测精度要求范围计算得到对应测量RFID标签地址，后车1和前车2运动至相应RFID标签地址位置；
(1.3)后车1和前车2到达预定位置后读取RFID标签地址，后车1启动可见光激光测距仪13，电动水平调节机构14调整可见光激光测距仪13输出光束保持处于水平方向，可见光激光测距仪13获取前后两车的距离；
(1.4)前车2的工业视觉分析系统24获取激光定位标靶23上的可见激光斑点图像，并计算得到可见激光斑点中心在激光定位标靶23上的偏移坐标数据。
步骤(2)进一步包括：
(2.1)将前车获得的偏移坐标数据和RFID ID数据通过前车5G/WIFI模块21发送至后车边缘服务器12，后车边缘服务器12计算得到前车至后车的沉降和水平位移量；
(2.2)后车边缘服务器12基于前后两车的距离和上述沉降和水平位移量计算管道轴线偏移，计算由测量基准坐标至前后车所在管片位置的全局绝对轴线偏移坐标(即管道形变的累积量)；
(2.3)将获得的由测量基准坐标至前后车所在管道位置的全局绝对轴线偏移坐标保存在后车边缘服务器12中；
(2.4)判断隧道管线测量是否完成，未完成继续执行步骤(1.3)，完成则保存隧道管线轴线偏移坐标；
步骤(3)进一步包括：
(3.1)后车边缘服务器12中设置有形变比较控制比例参数(即相当于阈值范围)，读取此参数；
(3.2)后车边缘服务器12将最近一次的隧道管线轴线偏移数据坐标与此次得到的隧道管线轴线偏移数据坐标进行比较，得到比较结果数据；
(3.3)当步骤(3.2)得到的比较结果数据大于了形变比较控制比例参数，则系统报警，若比较结果数据大于了形变比较控制比例参数，则结束检测。
将隧道管体相同位置的不同时间域中的管体截面偏移坐标进行对比便可获取隧道管道的整体相关的形变量。通过对隧道管体的形变率的变化量和变化范围监测获得隧道报警和相应的隧道变形风险趋势。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行改进，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于双车的动态行进监测隧道形变检测设备，其特征在于，设备包括：后车和前车，后车和前车均为自主行走车辆；
后车上设置有后车5G/WIFI模块、后车边缘服务器、可见光激光测距仪、电动水平调节机构和后车可约束RFID读取器；后车5G/WIFI模块用于与前车通讯；后车边缘服务器用于计算局部隧道管道轴线偏移坐标和全局隧道管道轴线偏移坐标；可见光激光测距仪用于向前车发射一束可见光激光，并测量前车和后车之间的距离；电动水平调节机构设置在可见光激光测距仪的下方，用于根据可见光激光测距仪内设置的电子水平传感器的信号调整可见光激光测距仪输出光束处于水平方向；后车可约束RFID读取器设置在后车的前端，用于读取铺装于地面的RFID标签；
前车上设置有前车5G/WIFI模块、前车边缘服务器、激光定位标靶、工业视觉分析系统和前车可约束RFID读取器；激光定位标靶用于接收后车上的可见光激光测距仪发射的可见激光斑点；工业视觉分析系统用于获取激光定位标靶上的可见激光斑点图像，通过计算得到可见激光斑点中心在激光定位标靶上的偏移坐标，并将结果发送给前车边缘服务器；前车边缘服务器与前车5G/WIFI模块电连接，前车5G/WIFI模块与后车5G/WIFI模块无线通讯；前车可约束RFID读取器设置在前车的前端，用于读取铺装于地面的RFID标签。
2.如权利要求1所述的检测设备，其特征在于，前车可约束RFID读取器和后车可约束RFID读取器通过读取铺装于地面的RFID标签的读取密度和读取范围确定隧道管道形变检测的检测密度和范围。
3.如权利要求2所述的检测设备，其特征在于，后车从后车边缘服务器中读取测量密度和轴向方向检测精度要求范围，并以此计算出前车和后车的目标RFID标签地址。
4.如权利要求3所述的检测设备，其特征在于，每个目标RFID标签地址IDn又分为3个子标签地址，即每个测点具有3个子RFID标签，分别为第一子RFID标签、第二子RFID标签和第三子RFID标签。
5.如权利要求4所述的检测设备，其特征在于，前车可约束RFID读取器读取第一子RFID标签、第二子RFID标签和第三子RFID标签；第一子RFID标签用于提示前车开始减速，前车在第二子RFID标签位置处停车开始检测，第三子RFID标签处为第二子RFID标签位置检测结果的校验位置。
6.如权利要求4所述的检测设备，其特征在于，后车的可约束RFID读取器读取第一子RFID标签和第二子RFID标签，第一子RFID标签用于提示后车开始减速，后车在第二子RFID标签位置处停车开始检测。
7.一种基于双车的动态行进监测隧道形变检测方法，使用如权利要求1-6任一项所述的检测设备，其特征在于，方法包括：(1)获取检测数据；(2)计算轴线偏移数据；(3)比较轴线历史形变。
8.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于，步骤(1)进一步包括：
(1.1)获取由地铁形变基准网提供的基础沉降观测基准点坐标，后车和前车初始化并获取可见光激光测距仪发射点水平高度，计算得出测量基准坐标；
(1.2)后车根据系统设定的测量密度和轴向方向检测精度要求范围计算得到对应测量RFID标签地址，后车和前车运动至相应RFID标签地址位置；
(1.3)后车和前车到达预定位置后读取RFID标签地址，后车启动可见光激光测距仪，电动水平调节机构调整可见光激光测距仪输出光束保持处于水平方向，可见光激光测距仪测量并获取前后两车的距离；
(1.4)前车的工业视觉分析系统获取激光定位标靶上的可见激光斑点图像，并计算得到可见激光斑点中心在激光定位标靶上的偏移坐标数据。
9.如权利要求8所述的检测方法，其特征在于，步骤(2)进一步包括：
(2.1)将前车获得的偏移坐标数据和RFID ID数据通过前车5G/WIFI模块发送至后车边缘服务器，后车边缘服务器计算得到前车至后车的沉降和水平位移量；
(2.2)后车边缘服务器基于前后两车的距离和上述沉降和水平位移量计算管道轴线偏移，计算由测量基准坐标至前后车所在管片位置的全局绝对轴线偏移坐标；
(2.3)将获得的由测量基准坐标至前后车所在管道位置的全局绝对轴线偏移坐标保存在后车边缘服务器中；
(2.4)判断隧道管线测量是否完成，未完成继续执行步骤(1.3)，完成则保存隧道管线轴线偏移坐标。
10.如权利要求9所述的检测方法，其特征在于，步骤(3)进一步包括：
(3.1)后车边缘服务器中设置有形变比较控制比例参数，读取此参数；
(3.2)后车边缘服务器将最近一次的隧道管线轴线偏移数据坐标与此次得到的隧道管线轴线偏移数据坐标进行比较，得到比较结果数据；
(3.3)当步骤(3.2)得到的比较结果数据大于了形变比较控制比例参数，则系统报警，若比较结果数据大于了形变比较控制比例参数，则结束检测。
CN202310815234.0A 2023-07-05 2023-07-05 一种基于双车的动态行进监测隧道形变检测设备和方法 Pending CN116858118A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310815234.0A CN116858118A (zh) 2023-07-05 2023-07-05 一种基于双车的动态行进监测隧道形变检测设备和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310815234.0A CN116858118A (zh) 2023-07-05 2023-07-05 一种基于双车的动态行进监测隧道形变检测设备和方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116858118A true CN116858118A (zh) 2023-10-10

Family

ID=88222866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310815234.0A Pending CN116858118A (zh) 2023-07-05 2023-07-05 一种基于双车的动态行进监测隧道形变检测设备和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116858118A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10816347B2 (en) Tunnel mapping system and methods
CN107063179B (zh) 一种可移动式隧道断面变形检测装置
CN104064030B (zh) 一种车型识别方法及系统
CN102337710B (zh) 一种gps轨道不平顺检测系统及其检测方法
WO2018181974A1 (ja) 判定装置、判定方法、及び、プログラム
CN105667542B (zh) 轨道交通列车轮径校准方法
US6122573A (en) Vehicle control method and system for use in automatic driving system
CN109238162A (zh) 一种隧道三维变形监测与预警方法
CN102252633B (zh) 一种基于描点的轨道方向不平顺测量方法
CN108776487A (zh) 一种矿用轨道式巡检机器人及其定位方法
CN101929125B (zh) 一种路面车辙检测方法
CN103223955A (zh) 一种车辆限界的检测方法及装置
CN102259653A (zh) 基于激光扫描技术的铁路限界检测装置
CN112731440B (zh) 高速铁路边坡形变检测方法及装置
CN103465938A (zh) 轨道交通车辆的快速精确定位装置及定位方法
CN205951992U (zh) 一种基于激光扫描测距仪的铁路隧道限界动态检测系统
CN109334706A (zh) 卫星定位与惯导一体化的轨检小车
CN104155979A (zh) 一种基于磁场对称性的磁导航智能车定位装置及方法
CN104005324B (zh) 一种路面构造信息的检测系统
CN104047212B (zh) 一种基于角度量测的轨道沉降自动测量装置及方法
CN111895962A (zh) 一种运营地铁站变形量监测方法
CN111692456A (zh) 一种用于管道检测的slam系统及方法
CN111702809A (zh) 一种机器人轨道自检装置及其方法
CN209382013U (zh) 卫星定位与惯导一体化的轨检小车
KR102340024B1 (ko) 다양한 종류의 열차 선로에 적용 가능한 선로 이상 탐지 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination