一種地鐵隧道病害檢測裝置的製作方法

2023-06-04 05:13:01 3

本實用新型涉及一種地鐵隧道病害檢測技術領域，特別涉及一種地鐵隧道病害檢測裝置及檢測方法。

背景技術：

目前國內運營地鐵裡程已達到1500公裡。隨著社會主義現代化發展的步伐，預計到2020年中國城市軌道交通預計將達到6100公裡。地鐵運營過程中，以混凝土材料為主的隧道結構出現滲漏水或者裂縫、剝落等表觀缺陷，以及隧道斷面形變，都是無法避免的病害現象，而且病害的長期發展對隨到的安全性造成不可逆轉的負面影響。因此，在地鐵運營中對隧道結構的維護是為保障隧道長期運營的必要手段。

目前運營隧道的日常監測工作，大多離不開人工作業。例如，隧道襯砌裂縫的檢測，是採用人工肉眼識別，然後用標尺測量，相機拍照記錄裂縫特質形態，人工記錄裂縫位置信息。對於拱腰以上和拱頂的襯砌裂縫檢測，則需要採用腳手架或者高空升降平臺車，檢測人員才能近距離接觸到隧道內壁，採用手電筒照明，肉眼查看拱腰和拱頂的病害。該方法檢測到的襯砌裂縫準確率低，容易漏檢，在檢測工程中，人員安全性差，檢測效率低，1公裡隧道10個人需要1小時完成。因此，迫切需要開發一種地鐵隧道病害信息採集方法，以達到病害信息快速、準確的採集、提高病害監測工作的效率。

此外，病害數據的採集過程離不開傳感器的參與；目前，現階段大部分地鐵隧道病害檢測傳感器的安裝都依靠簡單的結構支架固定，在檢測車輛運行過程中機械振動、固定安裝的不牢固等問題都會對數據採集產生不良影響，甚至造成傳感器不可逆損壞。

因此，迫切需要一個相對穩固、可調節的平臺支撐系統來保障傳感器的安全、穩定。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是提供一種具有自動化程度高、安全、高效、多參數綜合檢測的特點的地鐵隧道病害檢測裝置。

為了解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是這樣實現的：該地鐵隧道病害檢測的裝置，包括隧道平板機車、控制操作集成裝置、圖像獲取裝置和輔助光源；所述圖像獲取裝置固定在扇形託架上，所述輔助光源均勻分布在所述圖像獲取裝置的兩側；所述控制操作集成裝置與所述圖像獲取裝置和所述輔助光源呈電連接；所述圖像獲取裝置包括若干個相機、若干個雷射測距儀和若干個慣性導航儀，所述雷射測距儀和慣性導航儀均與所述相機相連接。採用上述技術方案，通過圖像獲取裝置中的相機獲得圖像，結合相機獲得圖像時的雷射測距儀測得距離和慣性導航儀測得的相機的角度對所獲取的圖像進行補償，可以得到清晰的圖像；獲取的圖像傳輸給控制操作集成裝置進行處理，即可獲得隧道檢測數據。相機採用工業面陣CCD相機，雷射測距儀用於測量工業面陣CCD相機與隧道表面距離並記錄；慣性導航儀可實現對託盤在運動過程中振動數據的監測，以便軟體對圖像抖動進行修正補償。

本實用新型進一步改進在於，所述圖像獲取裝置通過相機託盤集成固定在託盤盒裡；所述託盤盒與所述扇形託架呈可拆卸連接。這樣方便圖像獲取裝置的檢修與更換。採用鋁型材連接，具有安裝方便，剛性好、強度高、重量輕的優點。本實用新型進一步改進在於，所述扇形託架連接在主體支撐架上，所述主體支撐架通過底座固定架與所述隧道平板機車相連接。底座固定架作為主體支撐架與隧道平板機車的連接結構，可以實現在不破壞隧道平板機車中車輛本身結構的情況下牢固固定。

本實用新型進一步改進在於，還包括車輛定位觸發裝置，所述車輛定位觸發裝置安裝在所述隧道平板機車的底部，且與所述控制操作集成裝置電連接。車輛定位觸發裝置通過雷射測距儀對車輛行駛過程中經過扣件進行掃描記錄，並控制觸發相機工作，同時觸發輔助光源進行光照補充；相機拍照頻率為車輛在單位時間內通過的扣件數，並通過扣件掃描情況進行病害定位。

本實用新型進一步改進在於，所述控制操作集成裝置包括蓄電池、逆變器、中控主板、同步控制器、工控機、存儲器和顯示器；所述中控主板作為數據處理分析和轉換傳輸的核心，所述蓄電池經逆變器為整個地鐵隧道檢測平臺支撐系統提供電源，所述存儲器用於存儲數據，所述顯示器用於顯示實時檢測圖像流；所述同步控制器用於接收觸發信號及傳感器數據；並同時將觸發信號發送給相機觸發相機採集圖像和將傳感器數據發送給所述存儲器；所述存儲器用於存儲圖像和傳感器數據；所述工控機用於接收數據並存儲於存儲器。控制操作集成裝置可實現圖像實時預覽傳輸、相機參數設定、圖像參數設定、採集觸發參數設定、系統開關狀態切換、電源供給功能、數據預處理、數據存儲功能；控制操作集成裝置通過蓄電池經逆變器為圖像獲取裝置、輔助光源、車輛定位觸發裝置提供電源。

本實用新型進一步改進在於，每個所述相機均連接一個所述雷射測距儀和一個所述慣性導航儀。

本實用新型進一步改進在於，所述主體支撐架的底座安裝有可調節高度的安裝腳。底座安裝可調節高度的安裝腳即蹄腳，可對圖像獲取裝置的高度可以作出找正或微調。

本實用新型進一步改進在於，所述輔助光源包括兩扇扇形光源，光源採用LED頻閃燈。通過車輛定位觸發裝置與圖像獲取裝置同時工作，保證在相機曝光時間下的亮度滿足拍攝清晰圖像的需求；所選用的光源為LED頻閃燈，具有瞬時亮度高，平均功率小、發熱不明顯的特點，大大減小電力損耗，從而增加系統在用電池供電狀態下的續航時間。

本實用新型進一步改進在於，相機的傳感器靶面距離隧道壁徑向距離為2.2~2.5m，每個相機之間分布角度為30~40度，相鄰2個相機的視場重合距離不低於20cm弧長；所述相機使用的是工業面陣CCD相機。工作狀態下，相機的傳感器靶面距離隧道壁徑向距離為2.2~2.5m範圍，相機之間分布角度約為30~40度，優選為35度，相機採用35mm尼康鏡頭，分布角度保證相鄰2個相機的視場重合距離不低於20cm弧長，此重合段用做圖片數據的融合、拼接、定位等處理；總共包含6組或7組圖像獲取裝置；具體的數量可以根據所需求拍攝隧道的弧面幅度而定；只需保證融合幅面不低於20cm分布即可。

本實用新型還要解決的一個技術問題是提供一種具有自動化程度高、安全、高效、多參數綜合檢測的特點的地鐵隧道病害檢測方法。

為了解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是：該地鐵隧道病害檢測的方法，包括以下步驟：

（1）通過車輛定位觸發裝置觸發相機拍照同時觸發輔助光源進行光源補償；

（2）圖像獲取裝置將採集到的隧道圖像傳輸至顯示器進行實時顯示，同時將採集到的隧道圖像進行預處理後再傳輸至存儲器中存儲；

（3）對存儲器中存儲的隧道圖像進行數據分析，一方面顯示分析結果中的病害信息，另一方面在分析的時候對所檢測的隧道建立隧道病歷； 同時將分析結果進行推送顯示。

其中，圖像獲取裝置採集隧道圖像的過程是：打開電源，啟動電源控制中心，系統上電後開始各自初始化，利用隧道平板機車的車載平臺提供的電源系統連接220V轉24V的開關電源進行供電，信號採集箱接收到觸發信號和傳感器數據，信號採集箱將觸發信號和傳感器數據進行整合併將整合好的觸發信號和傳感器數據發送給同步控制器；同步控制器接收到觸發信號和雷射測距儀和慣性導航儀的數據後，將觸發信號傳輸給相機，使相機觸發，相機將採集到的隧道圖像傳輸至存儲器中存儲；同時同步控制器將雷射測距儀和慣性導航儀的數據數據發送給存儲器；其中的觸發信號具體是指通過雷射測距儀獲取每個扣件並判別產生的一系列脈衝，該脈衝則為一個觸發信號；存儲器將接收到的隧道圖像和雷射測距儀和慣性導航儀的數據在進行存儲。

本實用新型還要解決的一個技術問題是，提供一種高剛度、高強度、高穩定性的地鐵隧道檢測平臺支撐系統。

為了解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是，該地鐵隧道檢測平臺支撐系統，包括至少一個託盤盒、扇形託架、主體支撐架和底座；所述託盤盒安裝在所述扇形託架上，所述扇形託架安裝在所述底座上，所述底座安裝在所述主體支撐架上；所述託盤盒通過導軌與所述扇形託架相連接且所述託盤盒可在所述導軌上滑動且通過鉗制器進行位置鎖定；所述主體支撐架為升降結構，所述主體支撐架通過電機電動調節高度或手動調節高度。

本實用新型進一步改進在於，所述導軌上安裝有滑塊，所述託盤盒安裝在所述滑塊上，通過所述滑塊在所述導軌上滑動。

本實用新型進一步改進在於，所述扇形託架的外弧形邊緣向外延伸設有若干個平臺，若干個所述平臺沿外弧形邊緣交替形成齒輪狀；所述託盤盒每間隔一個平臺分布設置。

本實用新型進一步改進在於，所述底座的底部設有安裝腳，所述安裝腳焊接在所述底座的底部的四個角上，且每個安裝腳上設有襯墊。

本實用新型進一步改進在於，所述導軌上設有兩個鉗制器，所述滑塊設在兩個所述鉗制器中間。

本實用新型進一步改進在於，所述扇形託架的兩端連接有安裝板，用於將扇形託架固定在所述底座上；所述扇形託架的底部留有用於存放線纜的空間。

本實用新型進一步改進在於，所述託盤盒的上蓋設有兩個鑲嵌相機的鏡頭的圓孔，兩個所述圓孔之間設有一方孔用於鑲嵌雷射測距儀；所述相機使用的是工業面陣CCD相機。

本實用新型進一步改進在於，所述託盤盒的前後兩塊側板的兩端均向內凹陷形成中間凸板，兩塊所述中間凸板之間鑲嵌安裝有慣性導航儀，所述託盤盒內設有固定板，所述相機安裝在所述固定板與託盤盒上蓋的圓孔相對應的位置，所述固定板安裝在所述託盤盒的左右兩塊側板上。

本實用新型進一步改進在於，所述主體支撐架通過底座固定架安裝在隧道平板機車上。

本實用新型進一步改進在於，所述襯墊採用2塊聚氨酯材料；所述託盤盒的個數為7個，所述託盤盒均勻分布在所述扇形託架上。

與現有技術相比，本實用新型的具有以下有益效果：該地鐵隧道病害檢測裝置具有自動化程度高、安全、高效、多參數綜合檢測的特點，同時該地鐵隧道檢測平臺支撐系統具有高強度、高強度、高穩定性的特點。

附圖說明

圖1是本實用新型的地鐵隧道病害檢測裝置的結構示意圖；

圖2是本實用新型的地鐵隧道病害檢測裝置除去隧道平板機車和底座固定架後的局部放大結構示意圖；

圖3是本實用新型的地鐵隧道病害的檢測方法的流程圖；

圖4是本實用新型的的託盤盒的結構分解圖；

圖5是本實用新型的地鐵隧道檢測平臺支撐系統的結構主視圖；

圖6是本實用新型的地鐵隧道檢測平臺支撐系統的結構透視圖；

圖7是本實用新型的扇形託架的結構示意圖；

圖8是本實用新型的底座的結構示意圖；

圖9是本實用新型的主體支撐架的結構示意圖；

其中，圖1：1-隧道平板機車；2-主體支撐架；201-伺服電機；3-扇形託架；301-導軌；302-鉗制器；303-滑塊；304-平臺；305-安裝板；4-圖像獲取裝置；401-相機；402-雷射測距儀；403-慣性導航儀；5-託盤盒；6-輔助光源；7-控制操作集成裝置；8-底座固定架；9-車輛定位觸發裝置；10-底座；1001-安裝腳。

具體實施方式

下面將結合本實用新型的實施例圖中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述。

實施例：該地鐵隧道病害檢測的裝置，包括隧道平板機車1、控制操作集成裝置7、圖像獲取裝置4和輔助光源6；所述圖像獲取裝置4固定在扇形託架3上，所述輔助光源6均勻分布在所述圖像獲取裝置4的兩側；所述控制操作集成裝置7與所述圖像獲取裝置4和所述輔助光源6呈電連接；所述圖像獲取裝置4包括若干個相機401、若干個雷射測距儀402和若干個慣性導航儀403，所述雷射測距儀402和慣性導航儀403均與所述相機相連接；該地鐵隧道病害檢測的裝置還包括地鐵隧道檢測平臺支撐系統，所述圖像獲取裝置4安裝在地鐵隧道檢測平臺支撐系統上，所述地鐵隧道檢測平臺支撐系統安裝在隧道平板機車1上；所述地鐵隧道檢測平臺支撐系統包括至少一個託盤盒5、扇形託架3、主體支撐架2和底座10；所述圖像獲取裝置4通過相機託盤集成固定在託盤盒5裡；所述託盤盒5與所述扇形託架3呈可拆卸連接；所述扇形託架3連接在主體支撐架2上，所述主體支撐架2通過底座固定架8與所述隧道平板機車1相連接；該地鐵隧道病害檢測的裝置還包括車輛定位觸發裝置9，所述車輛定位觸發裝置9安裝在所述隧道平板機車1的底部，且與所述控制操作集成裝置7電連接；車輛定位觸發裝置中定位功能實現病害部位精確定位；車輛定位觸發裝置9內設有定位觸發模塊，雷射測距儀402對車輛行駛過程中經過扣件進行掃描記錄，並控制觸發相機工作，同時觸發輔助光源6進行光照補充；相機401拍照頻率為車輛在單位時間內通過的扣件數，並通過扣件掃描情況進行病害定位；所述控制操作集成裝置7包括蓄電池、逆變器、中控主板、同步控制器、工控機、存儲器和顯示器；所述中控主板作為數據處理分析和轉換傳輸的核心，所述蓄電池經逆變器為整個地鐵隧道檢測平臺支撐系統提供電源，所述存儲器用於存儲數據，所述顯示器用於顯示實時檢測圖像流；所述同步控制器用於接收觸發信號及傳感器數據；並同時將觸發信號發送給相機觸發相機採集圖像和將傳感器數據發送給所述存儲器；所述存儲器用於存儲圖像和傳感器數據；所述工控機用於接收數據並存儲於存儲器；控制操作集成裝置7可實現圖像實時預覽傳輸、相機參數設定、圖像參數設定、採集觸發參數設定、系統開關狀態切換、電源供給功能、數據預處理、數據存儲功能；控制操作集成裝置7通過蓄電池經逆變器為圖像獲取裝置4、輔助光源6、車輛定位觸發裝置9提供電源；每個所述相機401均連接一個所述雷射測距儀402和一個所述慣性導航儀403；與所述主體支撐架2相連接的底座10安裝有可調節高度的安裝腳1001，安裝腳1001為蹄腳；所述輔助光源6包括兩扇扇形光源，光源採用LED頻閃燈；相機401的傳感器靶面距離隧道壁徑向距離為2.2~2.5m，每個相機401之間分布角度為30~40度，相鄰2個相機401的視場重合距離不低於20cm弧長。即工作狀態下，相機401的傳感器靶面距離隧道壁徑向距離為2.2~2.5m範圍，相機401之間分布角度約為30~40度，優選為35度，相機採用35mm尼康鏡頭，分布角度保證相鄰2個相機的視場重合距離不低於20cm弧長，此重合段用做圖片數據的融合、拼接、定位等處理；總共包含6組或7組圖像獲取裝置4；具體的數量可以根據所需求拍攝隧道的弧面幅度而定；只需保證融合幅面不低於20cm分布即可；相機401所使用的是工業面陣CCD相機。

該地鐵隧道病害檢測的方法，包括以下步驟：

（1）通過車輛定位觸發裝置9觸發相機401拍照同時觸發輔助光源6進行光源補償；

（2）相機401將採集到的隧道圖像傳輸至顯示器進行實時顯示，同時將採集到的隧道圖像進行預處理後再傳輸至存儲器中存儲；

（3）對存儲器中存儲的隧道圖像進行數據分析，一方面顯示分析結果中的病害信息，另一方面在分析的時候對所檢測的隧道建立隧道病歷； 同時將分析結果進行推送顯示。

其中，打開電源，啟動電源控制中心，系統上電後開始各自初始化，利用隧道平板機車的車載平臺提供的電源系統連接220V轉24V的開關電源進行供電，信號採集箱接收到觸發信號和傳感器數據，信號採集箱將觸發信號和傳感器數據進行整合併將整合好的觸發信號和傳感器數據發送給同步控制器；同步控制器接收到觸發信號和雷射測距儀402和慣性導航儀403的數據後，將觸發信號傳輸給相機401，使相機401觸發，相機401將採集到的隧道圖像傳輸至存儲器中存儲；同時同步控制器將雷射測距儀402和慣性導航儀403的數據數據發送給存儲器；其中的觸發信號具體是指通過雷射測距儀402獲取每個扣件並判別產生的一系列脈衝，該脈衝則為一個觸發信號；存儲器將接收到的隧道圖像和雷射測距儀402和慣性導航儀403的數據在進行存儲；當相機401為一個，同步控制器則直接將觸發信號發送給相機401觸發相機401開始採集圖像；當相機401為多個時，同步控制器則將觸發信號分成多路觸發信號，使多路觸發信號同時同步觸發多個相機401同時採集隧道圖像，並將採集到的圖像發送給工控機；相機401採集圖像的同時，同步控制器將雷射測距儀402和慣性導航儀403的數據發送給工控機。

該地鐵隧道檢測平臺支撐系統，包括至少一個託盤盒5、扇形託架3、主體支撐架2和底座10；所述託盤盒5安裝在所述扇形託架3上，所述扇形託架3安裝在所述底座10上，所述底座10安裝在所述主體支撐架2上；所述託盤盒5通過導軌301與所述扇形託架3相連接且所述託盤盒5可在所述導軌301上滑動且通過鉗制器302進行位置鎖定；所述主體支撐架2為升降結構，所述主體支撐架2通過電機電動調節高度或手動調節高度；所述導軌301上安裝有滑塊303，所述託盤盒5安裝在所述滑塊303上，通過所述滑塊303在所述導軌301上滑動；所述扇形託架3的外弧形邊緣向外延伸設有若干個平臺304，若干個所述平臺304沿外弧形邊緣交替形成齒輪狀；所述託盤盒5每間隔一個平臺分布設置；所述底座10的底部設有可調節高度的安裝腳1001，所述安裝腳1001焊接在所述底座10的底部的四個角上，且每個安裝腳1001上設有襯墊；所述導軌301上設有兩個鉗制器302，所述滑塊303設在兩個所述鉗制器302中間；所述扇形託架3的兩端連接有安裝板305，用於將扇形託架3固定在所述底座10上；所述扇形託架3的底部留有用於存放線纜的空間；所述託盤盒5的上蓋設有兩個鑲嵌相機的鏡頭的圓孔，兩個所述圓孔之間設有一方孔用於鑲嵌雷射測距儀402；所述託盤盒5的前後兩塊側板的兩端均向內凹陷形成中間凸板501，兩塊所述中間凸板501之間鑲嵌安裝有慣性導航儀403，所述託盤盒5內設有固定板502，所述相機401安裝在所述固定板502與託盤盒5上蓋的圓孔相對應的位置，所述固定板502安裝在所述託盤盒5的左右兩塊側板上；所述主體支撐架2通過底座固定架8安裝在隧道平板機車1上；所述襯墊採用2塊聚氨酯材料；所述託盤盒的個數為7個，所述託盤盒5均勻分布在所述扇形託架3上；扇形託架3上的平臺304上設有固定孔，用於固定導軌301或雷射光源；主體支撐架2的外部設有層狀可壓縮方形框架結構，主體支撐架2內連接有伺服電機201，當伺服電機201工作時可帶動主體支撐架2同時上下伸縮，從而實現調節該地鐵隧道檢測平臺支撐系統的高度的功能。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用於限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。