一種車載式地鐵隧道病害數據自動化採集系統的製作方法
2024-02-27 20:05:15 3
專利名稱：一種車載式地鐵隧道病害數據自動化採集系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種自動化的數據採集系統，尤其是涉及一種車載式地鐵隧道病害數據自動化米集系統。
背景技術：
隨著隧道運營時間的增長，幾乎所有的隧道結構都暴露出不同程度的病害，主要包括以下幾類滲漏、襯砌腐蝕、襯砌裂損、隧道凍害等，影響運營的安全。為及時掌握隧道病害的發生和發展情況，隧道運營維護和管理部門通常採用定期或專項的病害調查活動，收集隧道結構的病害信息，基於收集的隧道病害信息進行維護決策。雖然目前自動化、信息化、數位化的病害調查設備和方法逐步得到重視和應用，但由於隧道環境的特殊性及各類技術應用的局限性，自動化的病害信息採集方法往往難以獲取精度較高的病害信息，從而影響先進的隧道病害信息採集儀器設備的推廣。目前採用較多的地鐵隧道病害檢測方式仍然是現場人工檢測，配合常用的儀器設備，如鋼尺、遊標卡尺、裂縫測深儀、裂縫測寬儀等，人工書面記錄調查信息。傳統的人工定期檢測法，不僅效率不高，耗費人力、物力大；對於前期病害現象也很難發現，無法保證盾構隧道長期安全運行；另外，由於部分病害無法獲取詳細的幾何形狀信息，造成病害信息的失真或者丟失。因此，迫切需要開發一種地鐵隧道病害檢測系統，以達到病害信息快速、準確的採集，提高病害檢測工作的效率。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種信息採集準確、提高病害檢測工作效率的車載式地鐵隧道病害數據自動化採集系統。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現—種車載式地鐵隧道病害數據自動化採集系統，該裝置安裝於車輛頂部，該裝置包括圖像採集裝置、測距儀、電機組件、中控主板、蓄電池電源、照明裝置、安裝支架、編碼器、主控計算機和平板車，所述的中控主板分別連接圖像採集裝置、測距儀、電機組件、編碼器和主控計算機，所述的電機組件與測距儀連接，所述的照明裝置與蓄電池電源連接，所述的安裝支架和照明裝置設在平板車上；平板車每行駛設定的距離後，中控主板控制圖像採集裝置實時採集地鐵隧道圖像，電機組件帶動測距儀測量圖像採集裝置的實時位置並記錄，編碼器計算平板車的行駛距離，並採集當前圖像採集裝置的縱向定位數據，中控主板讀取測距儀和編碼器中的數據後送往主控計算機，照明裝置用於圖像採集裝置採集圖像時的照明。所述的圖像採集裝置包括六臺相機，所述的六臺相機成一定角度安裝，每臺相機的視角大於45度。所述的中控主板包括圖像採集控制模塊、電機驅動控制模塊、測距儀數據採集控制模塊、編碼器數據採集模塊、主控模塊、平板車控制模塊、數據通訊模塊和電源模塊，所述的主控模塊分別連接圖像採集控制模塊、電機驅動控制模塊、測距儀數據採集控制模塊、編碼器數據採集模塊、平板車控制模塊、數據通訊模塊和電源模塊，所述的圖像採集控制模塊與圖像採集裝置連接，所述的電機驅動控制模塊與電機組件連接，所述的測距儀數據採集控制模塊與測距儀連接，所述的編碼器數據採集模塊與編碼器連接，所述的平板車控制模塊與平板車連接。所述的電源模塊包括採集板供電模塊、測距儀電源接口和主控板電源模塊，所述的採集板供電模塊與圖像採集裝置連接，所述的測距儀電源接口與測距儀連接，所述的主控板電源模塊包括電池電源和電量檢測單元。所述的數據通訊模塊包括USB接口或RJ45接口。所述的電機組件包括相連接的電機和電機驅動板，所述的電機與測距儀連接，所述的電機驅動板與中控主板連接。所述的電機為兩相混合式步進電機，所述的電機驅動板為16細分的驅動板。所述的測距儀為雷射測距儀，所述的編碼器為增量式光電編碼器。所述的安裝支架包括安裝臺、電機固定支架、相機安裝支架和測距儀固定支架，所述的電機固定支架和相機安裝支架設置在安裝臺上，所述的測距儀固定支架設置在電機固定支架上。所述的照明裝置為無影燈照明。與現有技術相比，本發明具有以下優點(I)通過本發明可自動化地對地鐵隧道病害信息進行採集，提高了病害檢測工作的效率；(2)本發明採用六臺相機進行拍照，同時運用測距儀和編碼器進行定位，病害信息採集快速、準確。
圖1為本發明的結構示意圖；圖2為本發明相機的安裝示意圖；圖3為本發明中控主板的結構示意圖；圖4為本發明中安裝支架的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例如圖1所示，一種車載式地鐵隧道病害數據自動化採集系統，該裝置安裝於車輛頂部，該裝置包括圖像採集裝置1、測距儀2、電機組件、中控主板5、蓄電池電源7、照明裝置
8、安裝支架9、編碼器4、主控計算機6和平板車10，所述的中控主板5分別連接圖像採集裝置1、測距儀2、電機組件、編碼器4和主控計算機6，所述的電機組件與測距儀2連接，所述的照明裝置8與蓄電池電源7連接，所述的安裝支架9和照明裝置8設在平板車10上。平板車10每行駛設定的距離後，中控主板5控制圖像採集裝置I實時採集地鐵隧道圖像，電機組件帶動測距儀2測量圖像採集裝置I的實時位置並記錄，編碼器4計算平板車的行駛距離，並採集當前圖像採集裝置I的縱向定位數據，中控主板5讀取測距儀2和編碼器4中的數據後送往主控計算機6，照明裝置8用於圖像採集裝置I採集圖像時的照明。圖像採集裝置I包括六臺相機，本實施例中的相機採用佳能的E0S60D，鏡頭採用佳能的18-135鏡頭。相機的電源由中控主板接入，拍照也通過中控主板控制，通過中控主板控制六臺相機的同時拍照，實現對隧道同一位置的270度範圍的覆蓋。相機拍照的照片暫時保存在相機的內存卡中，一個區段的採集任務完成後再下載到計算機的硬碟中。每個相機有不同的ID標識，系統初始化時要獲取這個參數，用於下載照片時區分哪一臺相機的照片。所述的六臺相機成一定角度安裝，如圖2所示，六臺相機安裝的角度分別為337. 5度、22. 5度、67. 5度、112. 5度、157. 5度和202. 5度，每臺相機的視角大於45度。所述的電機組件包括相連接的電機31和電機驅動板32，所述的電機31與測距儀2連接，所述的電機驅動板32與中控主板5連接。本實施例中，所述的電機31為兩相混合式步進電機，主要來用實現測距儀的掃描測距；所述的電機驅動板32採用16細分的驅動板，一般兩相混合式步進電機的步距角為1. 8度，採用16細分後，步距角為1. 8度/16等於O. 1125度，可以滿足變形測距掃描的需要。本實施例中，測距儀2採用MSE-D150雷射測距儀(LDM42)，用來對隧道進行270度旋轉測距。單測距數據用於計算拍照距離間隔時，只需要測O度、90度和180度等三個位置的距離，單測距數據用於計算隧道變形時，測距的角度有程序設定(每個測距點的角度間隔為O. 1125度的倍數)。測距儀的工作方式由計算機設定，測距數據經中控主板5讀取後送往中控計算機6。 本實施例中，編碼器4為增量式光電編碼器，主要用於平板車行駛距離的計算和縱向定位，中控主板5根據設定的拍照距離間隔，通過對平板車行駛距離的計算實現縱向定位拍照，並保存當前拍照的縱向定位數據。如圖3所示，中控主板5包括圖像採集控制模塊51、電機驅動控制模塊52、測距儀數據採集控制模塊53、編碼器數據採集模塊54、主控模塊55、平板車控制模塊510、數據通訊模塊56和電源模塊，所述的主控模塊55分別連接圖像採集控制模塊51、電機驅動控制模塊52、測距儀數據採集控制模塊3、編碼器數據採集模塊54、平板車控制模塊510、數據通訊模塊56和電源模塊，所述的圖像採集控制模塊51與圖像採集裝置I連接，所述的電機驅動控制模塊52與電機組件連接，所述的測距儀數據採集控制模塊53與測距儀2連接，所述的編碼器數據採集模塊54與編碼器4連接，所述的平板車控制模塊510與平板車10連接。中控主板5可通過平板車控制模塊510實現平板車的啟動、停止、暫停和繼續行駛等操作。所述的電源模塊包括採集板供電模塊57、測距儀電源接口 58和主控板電源模塊59，所述的採集板供電模塊57與圖像採集裝置I連接，所述的測距儀電源接口 58與測距儀2連接，所述的主控板電源模塊59包括電池電源和電量檢測單元。所述的數據通訊模塊56包括USB接口或RJ45接口。所述的主控模塊55包括FPGA和 MCU。如圖4所示，安裝支架包括安裝臺91、電機固定支架92、相機安裝支架93和測距儀固定支架94，所述的電機固定支架92和相機安裝支架93設置在安裝臺上，所述的測距儀固定支架94設置在電機固定支架92上。主控計算機6是整個採集系統的控制中心，負責系統的初始化、數據的採集和保存、異常報警以及人機互動等工作。主控計算機6與中控主板5的連接通過串口或USB接口或RJ45接口，與相機的連接通過USB接口。照明裝置8為無影燈照明，作為相機拍照時的燈光，通過蓄電池電源單獨供電。
權利要求
1.一種車載式地鐵隧道病害數據自動化採集系統，該裝置安裝於車輛頂部，其特徵在於，該裝置包括圖像採集裝置、測距儀、電機組件、中控主板、蓄電池電源、照明裝置、安裝支架、編碼器、主控計算機和平板車，所述的中控主板分別連接圖像採集裝置、測距儀、電機組件、編碼器和主控計算機，所述的電機組件與測距儀連接，所述的照明裝置與蓄電池電源連接，所述的安裝支架和照明裝置設在平板車上； 平板車每行駛設定的距離後，中控主板控制圖像採集裝置實時採集地鐵隧道圖像，電機組件帶動測距儀測量圖像採集裝置的實時位置並記錄，編碼器計算平板車的行駛距離，並採集當前圖像採集裝置的縱向定位數據，中控主板讀取測距儀和編碼器中的數據後送往主控計算機，照明裝置用於圖像採集裝置採集圖像時的照明。
2.根據權利要求1所述的ー種車載式地鐵隧道病害數據自動化採集系統，其特徵在於，所述的圖像採集裝置包括六臺相機，所述的六臺相機成一定角度安裝，每臺相機的視角大於45度。
3.根據權利要求1所述的ー種車載式地鐵隧道病害數據自動化採集系統，其特徵在於，所述的中控主板包括圖像採集控制模塊、電機驅動控制模塊、測距儀數據採集控制模塊、編碼器數據採集模塊、主控模塊、平板車控制模塊、數據通訊模塊和電源模塊，所述的主控模塊分別連接圖像採集控制模塊、電機驅動控制模塊、測距儀數據採集控制模塊、編碼器數據採集模塊、平板車控制模塊、數據通訊模塊和電源模塊，所述的圖像採集控制模塊與圖像採集裝置連接，所述的電機驅動控制模塊與電機組件連接，所述的測距儀數據採集控制模塊與測距儀連接，所述的編碼器數據採集模塊與編碼器連接，所述的平板車控制模塊與平板車連接。
4.根據權利要求3所述的ー種車載式地鐵隧道病害數據自動化採集系統，其特徵在於，所述的電源模塊包括採集板供電模塊、測距儀電源接口和主控板電源模塊，所述的採集板供電模塊與圖像採集裝置連接，所述的測距儀電源接ロ與測距儀連接，所述的主控板電源模塊包括電池電源和電量檢測單元。
5.根據權利要求3所述的ー種車載式地鐵隧道病害數據自動化採集系統，其特徵在於，所述的數據通訊模塊包括USB接ロ或RJ45接ロ。
6.根據權利要求1所述的ー種車載式地鐵隧道病害數據自動化採集系統，其特徵在幹，所述的電機組件包括相連接的電機和電機驅動板，所述的電機與測距儀連接，所述的電機驅動板與中控主板連接。
7.根據權利要求6所述的ー種車載式地鐵隧道病害數據自動化採集系統，其特徵在於，所述的電機為兩相混合式步進電機，所述的電機驅動板為16細分的驅動板。
8.根據權利要求1所述的ー種車載式地鐵隧道病害數據自動化採集系統，其特徵在於，所述的測距儀為雷射測距儀，所述的編碼器為増量式光電編碼器。
9.根據權利要求1所述的ー種車載式地鐵隧道病害數據自動化採集系統，其特徵在於，所述的安裝支架包括安裝臺、電機固定支架、相機安裝支架和測距儀固定支架，所述的電機固定支架和相機安裝支架設置在安裝臺上，所述的測距儀固定支架設置在電機固定支架上。
10.根據權利要求1所述的ー種車載式地鐵隧道病害數據自動化採集系統，其特徵在於，所述的照明裝置為無影燈照明。
全文摘要
本發明涉及一種車載式地鐵隧道病害數據自動化採集系統，包括圖像採集裝置、測距儀、電機組件、中控主板、蓄電池電源、照明裝置、安裝支架、編碼器、主控計算機和平板車，所述的中控主板分別連接圖像採集裝置、測距儀、電機組件、編碼器和主控計算機，所述的電機組件與測距儀連接，所述的照明裝置與蓄電池電源連接，所述的安裝支架和照明裝置設在平板車上；中控主板控制圖像採集裝置實時採集地鐵隧道圖像，電機組件帶動測距儀測量圖像採集裝置的實時位置並記錄，編碼器計算平板車的行駛距離，並採集當前圖像採集裝置的縱向定位數據，中控主板讀取數據後送往主控計算機。與現有技術相比，本發明具有信息採集準確、病害檢測工作效率高等優點。
文檔編號G01B11/00GK103047930SQ20121051601
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月5日 優先權日2012年12月5日
發明者朱合華, 劉學增, 朱愛璽 申請人:上海同巖土木工程科技有限公司, 同濟大學