CN211669095U - 一种便携式隧道衬砌外观病害检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式隧道衬砌外观病害检测系统，由图像采集装置、小型基站、服务器、PC机组成，由工作人员沿着隧道的检修道手持图像采集装置对隧道衬砌进行图像采集，并自动识别出裂缝的宽度，由于隧道内信号较弱，在隧道口放置小型基站，由图像采集装置将采集到的图像识别后发送到小型基站上，通过小型基站转发至公司服务器上，公司内部PC机通过访问该服务器即可查看隧道的检测情况。

Description

一种便携式隧道衬砌外观病害检测系统

技术领域

本实用新型涉及公路隧道衬砌表观检测病害检测领域，尤其涉及一种便携式隧道衬砌外观病害检测系统。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展和基础设施投入的不断增大，近年来公路建设取得举世瞩目的成就，公路隧道在公路路网建设与运营中都是必不可少的部分，其修建规模、数量大大增加，隧道的修建有效的缩短运行里程，提高路线行车舒适性、提升运输能力，对社会经济的发展起到了极大的作用。然而公路隧道一旦建成通车后，部分隧道在运营过程中受到原有修建时期的设计和施工技术条件限制，早期修建的隧道经常出现衬砌开裂、衬砌背后空洞、结构渗漏水、隧道冻害、衬砌厚度不足、混凝土强度低等缺陷或病害。同时当隧道混凝土衬砌受温度变形、地质变化等影响，隧道衬砌在上述不利因素叠加上极易出现开裂、渗漏水，严重异常时会导致隧道衬砌剥离、掉块等现象，极大的威胁公路隧道交通安全。因此按照交通运输部《公路隧道养护技术规范》的相关要求，隧道管养单位、检测单位必须通过经常性检查、定期检查等形式对可能存在的隧道衬砌病害进行检查、观察，以便于及时采取相应措施，因此运营公路隧道的养护检查过程中对隧道衬砌的外观病害检查是一项极为重要的工作和检查内容。

对隧道衬砌外观病害检查的现有技术中，主要是2种检测方法，分别是人工现场观测和基于图像识别技术的衬砌表观病害的隧道检测车快速行进实现的自动化检测，上述2种方法都可以检测隧道衬砌外观病害如开裂、渗漏水等病害位置、形态、分布特征、宽度、走向、数量情况等。其中第一种方法：人工现场查看隧道的病害时，对隧道边墙部分的表观病害如裂缝、渗漏水等，只需检测人员行走在检修道上即可分辨与检测，而对于拱顶处的裂缝来说，隧道拱部需要通过升降车将检测人员提升至接近隧道拱部的位置进行观测，以此来查看病害的类型、形态与分布特征。由于该方法需采用升降车将检测人员升到空中，再由工作人员凭肉眼与手持简易工具如隧道裂缝探测仪进行辅助检测，存在长时间高空作业的安全风险和需要临时封洞封道将阻碍隧道内车辆正常通行，对交通影响较大；而第二种方法，利用加载在隧道快速检测车上自动化检测系统通常对正常交通没有影响，但该检测方法对现场检测的要求较高，首先需要提前收集隧道早期病害检查资料，提前在隧道检测区段上作明显标记的里程桩号，便于检测数据的精确定位和后期的图像校准；其次利用隧道检测车载的自动化检测系统采集的检测数据必须通过系统自带的后处理程序，采用人工、自动与人工相结合或全自动的方式对检测数据进行判读，该步骤需将现场检测数据带回室内进行后处理与分析，无法在现场第一时间进行判断隧道病害的程度和评估隧道结构的技术状况，也只是部分替代的传统的人工检测手段，同时由于采用图像识别技术，对于部分运营时间较长的隧道由于其衬砌表面污染严重会导致自动化检测的误判、漏判率较高，使自动化检测成果失去价值，而且隧道快速检测车购置费用达数百万元，检测成本较高，目前难以大面积的使用。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种便携式隧道衬砌外观病害检测系统，主要针对隧道的衬砌表观病害如裂缝、渗漏水等进行检测，由工作人员沿着隧道的检修道手持图像采集装置对隧道衬砌进行图像采集，并自动识别出裂缝的宽度，由于隧道内信号较弱，在隧道口放置小型基站，由图像采集装置将采集到的图像识别后发送到小型基站上，通过小型基站转发至公司服务器上，公司内部PC机通过访问该服务器即可查看隧道的检测情况。

为实现上述目的，本实用新型提供的一种便携式隧道衬砌外观病害检测系统是这样实现的：

一种便携式隧道衬砌外观病害检测系统，包括图像采集装置、小型基站、服务器、PC机，图像采集装置用于采集隧道衬砌的裂缝图片，并自动识别裂缝的宽度，小型基站用于接收图像采集装置识别后的图片，并将图片发送至公司的服务器，通过公司PC机访问服务器来查看被检测的隧道裂缝所在的位置、形态、分布特征、宽度、走向、数量信息。

本实用新型的图像采集装置包括金属杆、无线摄像头、转向台、伸缩杆、智能手机，转向台安装在金属杆与伸缩杆之间，智能手机安装在伸缩杆下方，无线摄像头安装在金属杆顶端，无线摄像头用于采集隧道衬砌的图像信息，并将采集到的图像发送至智能手机，由智能手机对传来的图像进行裂缝宽度识别，并将识别后的图像与对应的识别结果一起发送至小型基站，通过小型基站传输至服务器，便于工作人员查看检测情况，伸缩杆用于调节无线摄像头的高度，转向台用于调节无线摄像头的方向。

本实用新型的转向台包括全向轮、轮轴，由轮轴将两个相同的全向轮连接在一起，且轮轴中间与伸缩杆顶端连接；金属杆与伸缩杆采用转向器关节连接，用于调节金属杆的倾角，通过人工搬动金属杆在转向器关节上移动，改变金属杆倾角，进而改变无线摄像头与隧道衬砌之间的距离。

本实用新型的智能手机界面包括图像显示框、裂缝识别按钮、保存按钮、发送按钮，在智能手机中设置裂缝识别APP，APP的界面含有图像显示框、裂缝识别按钮、保存按钮、发送按钮，对无线摄像头发送来得图像进行灰度处理，再经过中值滤波对图像去噪处理，通过阈值分割法对去噪处理后的图像进行二值化处理，得到二值化图像，最后通过像素积分法来计算裂缝的宽度，图像显示框用于显示无线摄像头采集到的图像，按一次裂缝识别按钮即可在图像显示框上标记出裂缝的宽度值，实现对采集到的图像实时处理，按一次保存按钮即可将当前识别到的裂缝信息保存到智能手机中，按一次发送按钮即可将识别到的图像发送至小型基站，小型基站自动将该识别后的图像及识别结果对应发送至服务器，便于工作人员访问。

本实用新型的小型基站包括塑料箱、GPRS模块、工业级WiFi、控制电路板，GPRS模块、工业级WiFi、控制电路板安装在塑料箱中，GPRS模块、工业级WiFi均与控制电路板连接，工业级WiFi与智能手机建立连接关系，智能手机将识别后的图片及结果通过工业级WiFi发送至控制电路板，控制电路板再控制GPRS模块将识别后的图片及结果发送至公司的服务器上。

由于本实用新型采用图像采集装置对隧道衬砌进行图像采集，并自动识别出裂缝的宽度，再通过小型基站将裂缝识别结果传输至公司服务器，通过访问服务器查看隧道裂缝情况的结构，从而可以得到以下有益效果：

1.本实用新型采用伸缩杆将无线摄像头伸到接近隧道衬砌处进行裂缝图像采集，并在手机端进行实时处理图片，进而识别出隧道衬砌裂缝情况，并在转向台的辅助下在各个方向移动，工作人员能够轻松移动图像采集装置来采集隧道衬砌裂缝图像，且不影响被检隧道正常通行。

2.本实用新型在隧道口放置小型基站，可以增加智能手机的信号强度，便于智能手机实时将裂缝识别后的结果传输至公司服务器。

3.本实用新型采用PC机访问服务器的方式实时查看被检测隧道的裂缝情况，有助于工作人员分析隧道裂缝情况。

4.本实用新型对隧道进行检测时，只需将小型基站放置在被检测隧道口，工作人员手持图像采集装置即可对隧道衬砌实时检测。

附图说明

图1为本实用新型一种便携式隧道衬砌外观病害检测系统的结构示意图；

图2为本实用新型一种便携式隧道衬砌外观病害检测系统的图像采集装置的结构示意图；

图3为本实用新型一种便携式隧道衬砌外观病害检测系统的转向台与金属杆、伸缩杆的连接结构示意图；

图4为本实用新型一种便携式隧道衬砌外观病害检测系统的智能手机的界面示意图；

图5为本实用新型一种便携式隧道衬砌外观病害检测系统的小型基站的结构示意图；

图6为本实用新型一种便携式隧道衬砌外观病害检测系统的工作原理图。

主要元件符号说明。

图像采集装置	1	小型基站	2
				服务器	3	PC机	4
金属杆	5	无线摄像头	6
				转向台	7	伸缩杆	8
智能手机	9	全向轮	10
				轮轴	11	转向器关节	12
图像显示框	13	裂缝识别按钮	14
				保存按钮	15	发送按钮	16
塑料箱	17	GPRS模块	18
				工业级WiFi	19	控制电路板	20

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本实用新型作进一步详细说明。

请参阅图1至图6所示为本实用新型中的一种便携式隧道衬砌外观病害检测系统，包括图像采集装置1、小型基站2、服务器3、PC机4。

如图1所示，所述的图像采集装置1用于采集隧道衬砌的裂缝图片，并自动识别裂缝的宽度，小型基站2用于接收图像采集装置1识别后的图片，并将图片发送至公司的服务器3，通过公司PC机4访问服务器3来查看被检测的隧道裂缝所在的位置、形态、分布特征、宽度、走向、数量信息。需要检测隧道裂缝情况时，将小型基站2放置在隧道口，由工作人员沿着隧道的检修道手持图像采集装置1对隧道衬砌进行图像采集，并自动识别出裂缝的宽度，由于隧道内信号较弱，将小型基站2放置在隧道口，作为图像传输的中转站，由图像采集装置1将采集到的图像识别后发送到小型基站2上，通过小型基站2转发至公司服务器3上，公司内部PC机4通过访问该服务器3即可查看隧道的检测情况，其中图像采集装置1和小型基站2便于携带，且对隧道衬砌外观病害进行检测时不需要升降车，可不影响该隧道车辆正常运行，同时较大的提高工作人员的安全性。

所述的服务器3、PC机4为公司现有设备，能够降低本实用新型的成本。

如图2所示，所述的的图像采集装置1包括金属杆5、无线摄像头6、转向台7、伸缩杆8、智能手机9，转向台7安装在金属杆5与伸缩杆8之间，智能手机9安装在伸缩杆8下方，无线摄像头6安装在金属杆5顶端，无线摄像头6用于采集隧道衬砌的图像信息，并将采集到的图像发送至智能手机9，由智能手机9对传来的图像进行裂缝宽度识别，并将识别后的图像与对应的识别结果一起发送至小型基站2，通过小型基站2传输至服务器3，便于工作人员查看检测情况，伸缩杆8用于调节无线摄像头6的高度，工作人员通过调节伸缩杆8长度即可调节摄像头对隧道不同高度的位置进行检测，转向台7用于调节无线摄像头6的方向，即工作人员根据检测需要对伸缩杆8施加不同方向的力，伸缩杆8将力反映在转向台7上，转向台7即根据工作人员施加力的方向前进，进而调节无线摄像头6的方向，达到省力的效果。

如图3所示，所述的的转向台7包括全向轮10、轮轴11，由轮轴11将两个相同的全向轮10连接在一起，且轮轴11中间与伸缩杆8顶端连接；全向轮10可以在任意方向转动，使得工作人员能轻松的推动着转向台7移动；金属杆5与伸缩杆8采用转向器关节12连接，用于调节金属杆5的倾角，通过人工搬动金属杆5在转向器关节12上移动，改变金属杆5倾角，进而改变无线摄像头6与隧道衬砌之间的距离。防止无线摄像头6被刮花。

如图4所示，所述的的智能手机9界面包括图像显示框13、裂缝识别按钮14、保存按钮15、发送按钮16，在智能手机9中设置裂缝识别APP，APP的界面含有图像显示框13、裂缝识别按钮14、保存按钮15、发送按钮16，对无线摄像头6发送来得图像进行灰度处理，再经过中值滤波对图像去噪处理，通过阈值分割法对去噪处理后的图像进行二值化处理，得到二值化图像，最后通过像素积分法来计算裂缝的宽度，图像显示框13用于显示无线摄像头6采集到的图像，按一次裂缝识别按钮14即可在图像显示框13上标记出裂缝的宽度值，按一次保存按钮15即可将当前识别到的衬砌病害信息保存到智能手机9中，按一次发送按钮16即可将识别到的图像发送至小型基站2，小型基站2自动将该识别后的图像及识别结果对应发送至服务器3，便于工作人员访问。

如图5所示，所述的小型基站2包括塑料箱17、GPRS模块18、工业级WiFi19、控制电路板20，GPRS模块18、工业级WiFi19、控制电路板20安装在塑料箱17中，GPRS模块18、工业级WiFi19均与控制电路板20连接，工业级WiFi19与智能手机9建立连接关系，智能手机9将识别后的图片及结果通过工业级WiFi19发送至控制电路板20，控制电路板20再控制GPRS模块18将识别后的图片及结果发送至公司的服务器3上。智能手机9在隧道内的信号比较弱，无法实时将采集到的图像发送到公司服务器3上，所以通过小型基站2中转一下信号，提高智能手机9的信号，便于裂缝识别结果的传输。

所述的控制电路板20为单片机核心板，采用STM32F103ZET6为核心。

本实用新型的工作原理与工作过程如下：

如图6所示，由工作人员沿着隧道的检修道手持伸缩杆8将无线摄像头6伸到需要检测的位置对隧道衬砌进行图像采集，并将采集到的图像传输至智能手机9中，在智能手机9中设置能够识别隧道衬砌裂缝的手机APP，对传输来的图像进行识别，识别出裂缝的宽度信息，将识别后的结果传输至工业级WiFi19，工业级WiFi19传输给控制电路板20，控制电路板20再控制GPRS模块18将识别后的图片及结果发送至公司的服务器3上，工作人员通过PC机4访问该服务器3即可查看被检测隧道衬砌裂缝分布情况。

Claims (4)

1.一种便携式隧道衬砌外观病害检测系统，其特征在于：包括图像采集装置、小型基站、服务器、PC机，图像采集装置用于采集隧道衬砌病害如裂缝、渗漏水图片，并可自动识别裂缝的宽度与渗漏水表观面积，小型基站用于接收图像采集装置识别后的图片，并将图片发送至公司的服务器，通过公司PC机访问服务器来查看被检测的隧道裂缝所在的位置、形态、分布特征、宽度、走向、数量信息。

2.根据权利要求1所述的隧道衬砌外观病害检测系统，其特征在于：所述图像采集装置包括金属杆、无线摄像头、转向台、伸缩杆、智能手机，转向台安装在金属杆与伸缩杆之间，智能手机安装在伸缩杆下方，无线摄像头安装在金属杆顶端，无线摄像头用于采集隧道衬砌的图像信息，并将采集到的图像发送至智能手机，由智能手机对传来的图像进行外观病害如裂缝宽度识别与渗漏水面积测算，并将识别后的图像与对应的识别结果一起发送至小型基站，通过小型基站传输至服务器，便于工作人员查看检测情况，伸缩杆用于调节无线摄像头的高度，转向台用于调节无线摄像头的方向。

3.根据权利要求2所述的隧道衬砌外观病害检测系统，其特征在于：所述转向台包括全向轮、轮轴，由轮轴将两个相同的全向轮连接在一起，且轮轴中间与伸缩杆顶端连接；金属杆与伸缩杆采用转向器关节连接，用于调节金属杆的倾角，通过人工搬动金属杆在转向器关节上移动，改变金属杆倾角，进而改变无线摄像头与隧道衬砌之间的距离。

4.根据权利要求1所述的隧道衬砌外观病害检测系统，其特征在于：所述小型基站包括塑料箱、GPRS模块、工业级WiFi、控制电路板，GPRS模块、工业级WiFi、控制电路板安装在塑料箱中，GPRS模块、工业级WiFi均与控制电路板连接，工业级WiFi与智能手机建立连接关系，智能手机将识别后的图片及结果通过工业级WiFi发送至控制电路板，控制电路板再控制GPRS模块将识别后的图片及结果发送至公司的服务器上。

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