隧道缺陷的高速檢測系統與檢測方法
2023-07-03 19:56:11
隧道缺陷的高速檢測系統與檢測方法
【專利摘要】本發明提出了一種隧道缺陷的高速檢測系統和方法，其包括主控單元、線狀雷射器、面陣CCD相機、圖像壓縮單元、位移傳感器、同步控制器、圖像存儲單元、存儲模塊、校正模塊以及慣性導航儀。本發明設計專用測量機車作為移動監測平臺，特別適用於地鐵隧道監測，能夠有效地快速動態地測量地鐵等隧道空間結構；利用實測數據與實際真實距離比較，進行誤差分析，調整參數設置，很大程度上提高了測量的精度；慣性導航儀對移動監測平臺XYZ軸向震動進行誤差修正，避免移動測量引入測量誤差。
【專利說明】隧道缺陷的高速檢測系統與檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種隧道缺陷的高速檢測系統與檢測方法，其用於檢測地鐵等隧道的 變形與裂紋。
【背景技術】
[0002] 隨著計算機技術的不斷進步，人們生產生活需求的不斷提高，實體三維建模得到 越來越多的關注與研究，三維建模技術可應用於運營仿真模擬，設備數據可視化，數據空間 分析等方面，如地理信息系統（3D-GIS)。在逆向工程領域，樣品數位化技術對非接觸式數字 化測量儀器有著廣泛的需求，數位化測量方式分為接觸式和非接觸式。由此可以看出，非接 觸式雷射測距方法對逆向工程也有著十分重要的研究意義。現今，鐵路公路建設、城市地下 交通建設空前發展，山洞隧道的挖掘與維護變得至關重要，尤其是後期對其的維護工作。由 於日常的使用以及內部的特殊環境，給維護工作帶來了很大的麻煩。如何建立完善的山洞、 隧道的維護方案，保證因年久失修發生的險情及時發現顯得尤為迫切。
[0003] 現有技術未提供隧道體缺陷檢測的方案，但提供了 一些檢測其他表面缺陷的專 利。201210234758. 2公開了一種基於結構光的表面缺陷高速檢測系統，其包括高速相機、 結構光源、處理器，高速相機與結構光源相對位置固定不變，高速相機的成像視場完全覆蓋 結構光源。該結構光源採用逐點測量的方式獲得螺旋線狀的影像，再擬合成三維影像，因此 盲點多、誤差大。此外，該案通過固定光源與高速相機的位置來降低車輛震動帶來的測量誤 差，檢測車高速移動過程中，該方式不能有效降低車輛震動帶來的測量誤差。
【發明內容】
[0004] 本發明提出了一種隧道缺陷的高速檢測系統與檢測方法，測量隧道體的三維結 構，並有效補償測量過程中車體的震動，快速檢測隧道變形等缺陷。
[0005] 本發明的技術方案是這樣實現的：
[0006] 一種隧道缺陷的高速檢測系統，其特徵在於包括：
[0007] 用於系統控制和圖像計算的主控單元；
[0008] 用於發射雷射線的線狀雷射器，該線狀雷射器安裝安裝在一檢測平臺上；
[0009] 用於接收反射的雷射信號並成像的面陣CCD相機，該面陣CCD相機帶有可見光截 止濾光片，相機安裝在所述檢測平臺上；
[0010] 用於控制所述面陣c⑶相機抓取圖像的圖像壓縮單元；
[0011] 用於記錄所述檢測平臺的位移的位移傳感器；
[0012] 用於根據所述位移傳感器的位移值控制所述圖像壓縮單元的同步控制器；
[0013] 用於存儲圖像的圖像存儲單元；
[0014] 用於存儲安裝數據的存儲模塊；
[0015] 用於提供並記錄校正參數的校正模塊；以及
[0016] 用於測量所述檢測平臺震動的慣性導航儀，其中，
[0017] 該同步控制器的輸入端連接至所述主控單元，輸出端連接至所述圖像壓縮單元， 該圖像壓縮單元的輸出端連接至所述面陣CCD相機，該圖像壓縮單元的輸出端還連接至所 述圖像存儲單元，該圖像存儲單元的輸出端連接至所述主控單元。
[0018] 在本發明中，位移傳感器提供原始位移信號，依次通過主控單元、同步控制器、圖 像壓縮單元控制面陣CDD相機抓取圖像數據，相機鏡頭上的可見光截止濾光片過濾可見 光，圖像中只有線陣雷射器發射出的雷射線的成像，即一條亮線，面陣CDD相機將該圖像數 據連同該時刻的位移信號提供給圖像壓縮單元，圖像壓縮單元將圖像、位移數據壓縮成流 媒體文件，再發送至圖像存儲單元。整個過程高速完成，保證位移和圖像的對應，圖像文件 存儲速度快，所需空間小。
[0019] 在本發明的隧道缺陷的高速檢測系統中，所述安裝數據至少包括安裝基線的長度 s、線性雷射器的發射線與該安裝基線的夾角β、面陣CCD相機的焦距f。
[0020] 在本發明的隧道缺陷的高速檢測系統中，所述主控單元根據所述面陣CCD相機獲 取的圖像確定線狀雷射器的雷射線的中點位置Pi，計算該中點位置與線性雷射器的實際距 離D。
【權利要求】
1. 一種隧道缺陷的高速檢測系統，其特徵在於包括： 用於系統控制和圖像計算的主控單元； 用於發射雷射線的線狀雷射器，該線狀雷射器安裝在一檢測平臺上； 用於接收反射的雷射信號並成像的面陣CCD相機，該面陣CCD相機帶有可見光截止濾 光片，相機安裝在所述檢測平臺上； 用於控制所述面陣CCD相機抓取圖像的圖像壓縮單元； 用於記錄所述檢測平臺的位移的位移傳感器； 用於根據所述位移傳感器的位移值控制所述圖像壓縮單元的同步控制器； 用於存儲圖像的圖像存儲單元； 用於存儲安裝數據的存儲模塊； 用於提供並記錄校正參數的校正模塊；以及 用於測量所述檢測平臺的震動的慣性導航儀，其中， 該同步控制器的輸入端連接至所述主控單元，輸出端連接至所述圖像壓縮單元，該圖 像壓縮單元的輸出端連接至所述面陣CCD相機，該圖像壓縮單元的輸入端還連接至所述圖 像存儲單元，該圖像存儲單元的輸出端連接至所述主控單元。
2. 根據權利要求1所述的隧道缺陷的高速檢測系統，其特徵在於，所述安裝數據至少 包括安裝基線的長度s、線性雷射器的發射線與該安裝基線的夾角β、面陣CCD相機的焦距
3. 根據權利要求1所述的隧道缺陷的高速檢測系統，其特徵在於，所述主控單元根據 所述面陣CCD相機的圖像確定線狀雷射器的雷射線的中點位置Pi，計算該中點位置與線性 雷射器的實際距離D。
4. 根據權利要求3所述的隧道缺陷的高速檢測系統，其特徵在於，CCD相機的焦點在成 像元件上的投影作為坐標原點，X軸垂直於感光元件上雷射線投影，該雷射線的中點計算公
將線狀雷射器與面陣CCD相機安裝固定在同一平臺上，存儲線狀雷射器與面陣CCD相 機的焦點限定的安裝基線的長度s、線狀雷射器與該安裝基線的夾角β以及面陣CCD相機 的焦距f ; 線狀雷射發射雷射線，面陣CCD相機獲取雷射反射圖像，識別出雷射光線，以反射圖像
【文檔編號】G01N21/88GK104048970SQ201410275647
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月19日 優先權日:2014年6月19日
【發明者】樊曉東, 孟俊華, 唐文平, 劉家賓, 樊曉莉, 惠豔萍, 馮欣, 馮賓, 田明 申請人:樊曉東