CN117470126A - 一种隧道检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种隧道检测装置，隧道检测装置包括扫描组件、控制组件和移动组件，扫描组件包括旋转部件和扫描部件，移动组件能够在隧道内移动，旋转部件的底部与移动组件的顶部可移除地连接，扫描部件设置于旋转部件的一侧且扫描部件能够以一水平轴为轴心相对于旋转部件旋转，控制部件可移除地安装在移动组件上且控制部件分别与移动组件和扫描组件电连接。本发明的优点在于：结构简单、成本低且采用了可拆卸结构，方便工作人员搬运、现场安装和拆卸，方便使用；使用三角激光原理获得轮廓切线图像与深度信息，识别病害识别能力强且测量精度高；能够形成一体化隧道模型，方便用户了解隧道的整体状态。
Description
技术领域
本发明涉及隧道安全检测领域，具体而言，涉及一种隧道检测装置。
背景技术
我国轨道交通与高速公路网络庞大，在隧道长期服役过程中，由于地质环境、车辆负载等因素，隧道结构会发生变形、开裂、破损等病害。而隧道管道内壁零点几毫米的形变就可能预示着隧道可能正面临着严重的安全隐患，需要尽快进行对应处理。
目前一般采用人工检测的方式对这些基础设置进行专项检查。人工检测存在记录精准度不高、人力成本高、效率低等问题。近年来，也出现了一些基于激光扫描的自动化隧道变形检测设备。如申请号为201110281700.9的发明专利公开了一种基于机器视觉技术的隧道病害快速调查系统及调查方法，其通过将机器视觉子系统，激光测距子系统，光电测速子系统安装在承载车上对隧道内病害进行自动检测。该方法大幅提升了检测效率，但是其缺点在于：需要在承载车的移动过程中进行节测量，车辆的震动会降低测量精度；且需要专门的算法融合来自相互独立的机器视觉子系统、激光测距子系统和光电测速子系统的数据，各子系统的测量误差相结合会进步降低测量精度；激光测距子系统采用激光测距仪，其只能以点测量的方式确定图像的成像距离，无法测量图像中所有点的距离，对于病害的识别单纯依赖于机器视觉拍摄的图片，无法精确识别隧道中各个位置是否发生形变或位移。
此外，隧道常位于地形复杂的山区或城市的地下空间，场地有限，不利于现场安装、调试检测设备，而现有的隧道检测装置通常需要使用多台摄像机和/或多台激光器，设备体积大、重量大且成本高，不利于检测人员在有限环境下搬运、安装和拆卸。
综上，本领域需要提供一种隧道检测装置，其能够克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明提供了一种隧道检测装置，其能够解决现有技术存在的问题。本发明的目的通过以下技术方案得以实现。
本发明的一个实施方式提供了一种隧道检测装置，其包括扫描组件、控制组件和移动组件，扫描组件包括旋转部件和扫描部件，移动组件能够在隧道内移动，旋转部件的底部与移动组件的顶部可移除地连接，扫描部件设置于旋转部件的一侧且扫描部件能够以一水平轴为轴心相对于旋转部件旋转，控制部件可移除地安装在移动组件上且控制部件分别与移动组件和扫描组件电连接，移动组件驱动隧道检测装置沿隧道前进预设距离，控制组件使移动组件停止前进，旋转部件沿水平轴驱动扫描组件旋转，扫描组件获得隧道检测装置当前位置所处的隧道切面的轮廓切线图像。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中扫描部件包括线激光器、相机和第一外壳，线激光器和相机之间分别设置在第一外壳内，相机对准线激光器的照射位置并且相机的拍摄方向与线激光器的照射方向之间形成大于0°的夹角，线激光器和相机分别和控制组件电连接。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中线激光器照射隧道并在隧道表面形成亮线，亮线根据隧道表面的凸起或凹陷发生弯曲，相机拍摄激光器照射隧道表面所形成的亮线的图像并将线激光器旋转一周形成的亮线图片拼合成一张与线激光器旋转照射经过的隧道表面对应的轮廓切线图像。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中旋转部件驱动相机和线激光器绕水平轴在预设的角度范围内旋转，预设的角度范围为以垂直向下为0°，沿顺时针方向或逆时针方向在隧道切面内旋转0°至360°的角度范围。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中旋转部件驱动相机和线激光器绕水平轴沿顺时针或逆时针方向无极旋转。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中移动组件包括底盘部件、支撑部件和驱动部件，支撑部件设置于底盘部件上方且支撑部件与底盘部件可拆卸地连接，旋转部件与支撑部件的顶部可拆卸地连接，驱动部件与控制部件电连接，驱动部件用于驱动底盘部件沿轨道移动。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中支撑部件使用碳纤维材料制成。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中底盘部件包括框架、横杆和多个车轮，框架呈矩形，车轮安装在框架底部靠近矩形四角的位置上，横杆的两端分别与框架相对的两边可拆卸地连接。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中框架和横杆使用碳纤维材料制成。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中旋转部件包括第二外壳、连接轴和电机，电机设置在第二外壳内，电机通过连接轴与扫描组件连接，电机与控制组件电连接。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中隧道检测装置还包括电池，电池与控制组件电连接并通过控制组件为扫描组件和移动组件供电。
根据本发明实施方式的隧道检测装置的优点在于：结构简单，仅包含一台相机和一台线激光器，制造成本低；采用了可拆卸结构，方便工作人员现场安装和拆卸，方便使用和运输；扫描系统在相对静止的情况下进行测量，不受车辆运行时的振动干扰；使用三角激光原理获得轮廓切线图像与深度信息 ，并直接通过轮廓切线图像对病害进行识别，能够识别隧道内表面0.1毫米级别的形变，病害识别能力强且测量精度高；通过图像校正算法可以获取较高精度的3D点云与灰度图像融合的多维数据，能够形成图像纹理和3D尺寸相结合的一体化隧道模型，方便用户了解隧道的整体状态，也为后续AI分析提供了一个基础数字模型底座，通过分析程序可以自动识别出裂缝、渗水、破损等病害，并标注在这个底座中。
附图说明
通过参照以下附图对本发明非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1示出了根据本发明一个实施方式的隧道检测装置的示意图。
图2示出了如图1所示的根据本发明一个实施方式的隧道检测装置的扫描组件的侧视图。
图3示出了如图1所示的根据本发明一个实施方式的隧道检测装置在分解状态下的示意图。
图4示出了根据本发明一个实施方式的隧道检测装置中的通过扫描组件根据三角激光原理获得轮廓切线图像与深度信息 的示意图。
实施方式
下面结合附图和实施例说明本发明的具体实施方式，通过本说明书记载的内容，本领域技术人员可以清楚完整地了解本发明的技术方案、解决的技术问题以及所产生的技术效果。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
需要说明的是，说明书附图中所绘示的结构、比例、大小等，仅用于配合说明书所记载的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。
所引用的如“第一”、“第二”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本发明所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排它的包括；例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备并不是限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备所固有的其它步骤或单元。本发明所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非仅限定于物理的或者机械的连接，而是还可以包括直接或间接的电气连接。
图1示出了根据本发明一个实施方式的隧道检测装置的示意图。图2示出了如图1所示的根据本发明一个实施方式的隧道检测装置的扫描组件的侧视图。如图1-图2所示，隧道检测装置包括扫描组件1、控制组件2和移动组件3，扫描组件1包括旋转部件11和扫描部件12，移动组件3能够在隧道内移动，优选地，移动组件3放置在隧道内的轨道上且能够沿轨道移动，旋转部件11的底部与移动组件3的顶部可移除地连接，扫描部件12设置于旋转部件11的一侧且扫描部件12能够以一水平轴为轴心相对于旋转部件11旋转，控制部件可移除地安装在移动组件3上且控制部件分别与移动组件3和扫描组件1电连接，移动组件3驱动隧道检测装置沿隧道前进预设距离，控制组件2使移动组件3停止前进，旋转部件11沿水平轴驱动扫描组件1旋转，扫描组件1获得隧道检测装置当前位置所处的隧道切面的轮廓切线图像。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中扫描部件12包括线激光器121、相机122和第一外壳123，线激光器121和相机122之间分别设置在第一外壳123内，相机122对准线激光器121的照射位置并且相机122的拍摄方向与线激光器121的照射方向之间形成大于0°的夹角，线激光器121和相机122分别和控制组件2电连接。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中线激光器121照射隧道并在隧道表面形成亮线，亮线根据隧道表面的凸起或凹陷发生弯曲，相机122拍摄激光器照射隧道表面所形成的亮线的图像并将线激光器121旋转一周形成的亮线图片拼合成一张与线激光器121旋转照射经过的隧道表面对应的轮廓切线图像。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中旋转部件11驱动相机122和线激光器121绕水平轴在预设的角度范围内旋转，预设的角度范围为以垂直向下为0°，沿顺时针方向或逆时针方向在隧道切面内旋转0°至360°的角度范围。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中旋转部件11驱动相机122和线激光器121绕水平轴沿顺时针或逆时针方向无极旋转。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中移动组件3包括底盘部件31、支撑部件32和驱动部件33，支撑部件32设置于底盘部件31上方且支撑部件32与底盘部件31可拆卸地连接，旋转部件11与支撑部件32的顶部可拆卸地连接，驱动部件33与控制部件电连接，驱动部件33用于驱动底盘部件31沿轨道移动。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中支撑部件32使用碳纤维材料制成。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中底盘部件31包括框架311、横杆312和多个车轮313，框架311呈矩形，车轮313安装在框架311底部靠近矩形四角的位置上，横杆312的两端分别与框架311相对的两边可拆卸地连接。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中框架311和横杆312使用碳纤维材料制成。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中旋转部件11包括第二外壳111、连接轴112和电机（图中未示出），电机设置在第二外壳111内，电机通过连接轴112与扫描组件1连接，电机与控制组件2电连接，电机用于驱动扫描组件旋转。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中隧道检测装置还包括电池4，电池4与控制组件2电连接并通过控制组件2为扫描组件1和移动组件3供电。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中控制组件2设置在一箱体（未标示）内，电池4可以安装在控制组件2的箱体外侧或安装在箱体内。
图3示出了如图1所示的根据本发明一个实施方式的隧道检测装置在分解状态下的示意图。如图3所示，扫描组件1、控制组件2、移动组件3和电池4能够分拆为单独的部件以方便搬运，优选地，支撑部件32能够从底盘部件31上分拆，横杆312能够从框架311上分拆。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，搬运时，可以将拆分后的隧道检测装置装入一个或多个箱子进行搬运，优选地，扫描组件1和拆分后的移动组件3包装为一个箱子，控制组件2包装为一个箱子，电池4包装为一个箱子，隧道检测装置的所有部件一共只需三个箱子即可全部容纳，方便进入隧道搬运。
图4示出了根据本发明一个实施方式的隧道检测装置通过扫描组件根据三角激光原理获得轮廓切线图像与深度信息 的示意图。其中，A代表隧道表面，B代表地面。如图4所示，扫描组件1使用三角激光原理获得隧道在当前位置所处隧道切面在扫描组件视野宽度范围内的轮廓切线图像。轮廓切线图像是指通过线激光器照射隧道表面，使线激光在隧道表面形成一条亮线；当亮线所处的隧道表面光滑时，隧道表面呈一条直线；如亮线所处的隧道表面存在凸起或凹陷时，亮线会在凸起或凹陷处发生弯折，次亮线在本发明中成为隧道的轮廓切线；相机随线激光器旋转的同时拍摄线激光照射形成的亮线并将线激光器旋转一周形成的亮线图片拼合成一张与线激光器旋转照射经过的隧道表面对应的轮廓切线图像。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中线激光器121和相机122之间分开设置，相机122对准线激光器121的照射位置D并且相机122的拍摄方向与线激光器121的照射方向之间形成大于0°的夹角。其中，相机122的拍摄方向与线激光器121的照射方向之间的夹角可以在扫描组件旋转的同时变化，从而保证相机122的拍摄方向与线激光器121的照射方向同时对准在隧道表面，相机122的焦距可以根据拍摄距离自动调整。
根据本发明的上述一个实施方式提供的隧道检测装置，其中预设的角度范围为以垂直向下C为0°，沿顺时针方向或逆时针方向在隧道切面内旋转0°至360°的角度范围。优选地，如图2所示，预设的角度范围E为以垂直向下C为0°，沿顺时针方向或逆时针方向在隧道切面内旋转30°至330°的角度范围。
根据本发明实施方式的隧道检测装置的优点在于：结构简单，仅包含一台相机和一台线激光器，制造成本低；采用了可拆卸结构，方便工作人员现场安装和拆卸，方便使用和运输；扫描系统在相对静止的情况下进行测量，不受车辆运行时的振动干扰；使用三角激光原理获得轮廓切线图像与深度信息 ，并直接通过轮廓切线图像对病害进行识别，能够识别隧道内表面0.1毫米级别的形变，病害识别能力强且测量精度高；通过图像校正算法可以获取较高精度的3D点云与灰度图像融合的多维数据，能够形成图像纹理和3D尺寸相结合的一体化隧道模型，方便用户了解隧道的整体状态，也为后续AI分析提供了一个基础数字模型底座，通过分析程序可以自动识别出裂缝、渗水、破损等病害，并标注在这个底座中。
尽管已参考本发明的特定实施例描述并说明了本发明，但这些描述和说明并不是用于限制本发明。所属领域的技术人员可清楚地理解，可进行各种改变，且可在实施例内替代等效元件而不脱离如由权利要求限定的本发明的保护范围。归因于制造过程中的变量等等，本发明中的技术再现与实际设备之间可能存在区别。可存在未特定说明的本发明的其它实施例。应将说明书和图示视为说明性的，而非限制性的，可根据本发明的目的和精神做出修改，所有这些修改都在权利要求的保护范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，在不脱离本发明的启示的情况下，可重新组合、细分或排列这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并不限制本发明。
Claims (10)
1.一种隧道检测装置，其特征在于，其包括扫描组件、控制组件和移动组件，扫描组件包括旋转部件和扫描部件，移动组件能够在隧道内移动，旋转部件的底部与移动组件的顶部可移除地连接，扫描部件设置于旋转部件的一侧且扫描部件能够以一水平轴为轴心相对于旋转部件旋转，控制部件可移除地安装在移动组件上且控制部件分别与移动组件和扫描组件电连接，移动组件驱动隧道检测装置沿隧道前进预设距离，控制组件使移动组件停止前进，旋转部件沿水平轴驱动扫描组件旋转，扫描组件获得隧道检测装置当前位置所处的隧道切面的轮廓切线图像。
2.根据权利要求1所述的隧道检测装置，其特征在于，扫描部件包括线激光器、相机和第一外壳，线激光器和相机之间分别设置在第一外壳内，相机对准线激光器的照射位置并且相机的拍摄方向与线激光器的照射方向之间形成大于0°的夹角，线激光器和相机分别和控制组件电连接。
3.根据权利要求2所述的隧道检测装置，其特征在于，线激光器照射隧道并在隧道表面形成亮线，亮线根据隧道表面的凸起或凹陷发生弯曲，相机拍摄激光器照射隧道表面所形成的亮线的图像并将线激光器旋转一周形成的亮线图片拼合成一张与线激光器旋转照射经过的隧道表面对应的轮廓切线图像。
4.根据权利要求3所述的隧道检测装置，其特征在于，旋转部件驱动相机和线激光器绕水平轴在预设的角度范围内旋转，预设的角度范围为以垂直向下为0°，沿顺时针方向或逆时针方向在隧道切面内旋转0°至360°的角度范围。
5.根据权利要求4所述的隧道检测装置，其特征在于，旋转部件驱动相机和线激光器绕水平轴沿顺时针或逆时针方向无极旋转。
6.根据权利要求1所述的隧道检测装置，其特征在于，移动组件包括底盘部件、支撑部件和驱动部件，支撑部件设置于底盘部件上方且支撑部件与底盘部件可拆卸地连接，旋转部件与支撑部件的顶部可拆卸地连接，驱动部件与控制部件电连接，驱动部件用于驱动底盘部件沿轨道移动。
7.根据权利要求6所述的隧道检测装置，其特征在于，底盘部件包括框架、横杆和多个车轮，框架呈矩形，车轮安装在框架底部靠近矩形四角的位置上，横杆的两端分别与框架相对的两边可拆卸地连接。
8.根据权利要求7所述的隧道检测装置，其特征在于，支撑部件、框架和横杆使用碳纤维材料制成。
9.根据权利要求1所述的隧道检测装置，其特征在于，旋转部件包括第二外壳、连接轴和电机，电机设置在第二外壳内，电机通过连接轴与扫描组件连接，电机与控制组件电连接。
10.根据权利要求1所述的隧道检测装置，其特征在于，隧道检测装置还包括电池，电池与控制组件电连接并通过控制组件为扫描组件和移动组件供电。
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