本发明属于隧道检测领域，涉及非接触式公路隧道衬砌结构病害检查车载系统。
背景技术
地质雷达是使用甚高频至超高频段的地下电磁波反射探测技术。工作原理是发射器通过发射天线向初期支护与围岩中定向发射电磁波，电磁波在传播的路径上当遇到有电性(介电常数和电导率)差异的界面时即发生反射，从不同深度返回的各个反射波由接收天线和接收器所接收，另外还最先接收到从反射天线经两天线所在介质的表面传播到接收天线的直达波，并作为系统的时间起始零点。经过信号处理之后，对于直达波之后反射回来的各个不同时间的发射波，取其时间之半，乘以相应介质的电磁波传播速度即为反射目标的深度。再根据反射信息特征(反射强度、反射波组合特点以及横向、纵向变化等)判别反射目标的性质。初期支护与围岩、围岩中的空洞或欠密实区、围岩中的含水区或裂缝、初期支护裂缝等均为良好的反射界面或目标体。
目前主要采用地质雷达配合使用不同频率(常用的有270mhz、400mhz、900mhz)的天线对隧道结构状态，如二衬混凝土厚度、二衬与初支间的密实性等参数进行检测，其天线绝大多数为地面耦合式天线，即检测时雷达天线须与检测对象密贴。
该种检测方式的主要问题有三点：
(1)雷达天线不能脱开检测对象，否则会出现信号不良的现象，不利于后期数据处理和判读，严重者甚至会导致数据无效，而检测现场由于存在各种问题，常导致该种现象难以完全避免。
(2)采用该种方法进行检测时，通常由人工把握天线，站立于高空车围栏内在高处作业，路面不平或车辆速度稍快时存在较大的掉落安全风险。另外长时间运营隧道衬砌表面积灰严重，地耦天线刮除积灰后将导致洞内烟尘飘洒，影响行车环境。
(3)检测时须开展占道施工作业，而占道施工审批手续办理及撞车风险控制也是一大难题。
因此，现有检测技术的工作效率较低、对既有交通的干扰较大、交通安全的隐患较大。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非接触式公路隧道衬砌结构病害检查车载系统。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
非接触式公路隧道衬砌结构病害检查车载系统，包括空气耦合天线、雷达主机及控制系统和车载装置；
所述空气耦合天线受雷达主机及控制系统，承载于车载装置上；根据空气耦合天线探测结果分辨钢筋的位置和数量，还包括二衬厚度、工字钢施作情况、二衬背后密实度及空洞、钢筋施作的位置和间隔；
所述空气耦合天线频率为380mhz～1.6ghz，空气耦合天线距离衬砌结构的距离为10cm～3m，探测深度为40cm～3m。
进一步，该系统还包括红外线测距仪器、多轴向旋转机械臂和激光测距轮；
所述空气耦合天线与红外线测距仪器紧邻，设于多轴向旋转机械臂上；多轴向旋转机械臂设置在车载装置中部，能够进行角度调整、转动和伸缩；车载装置尾部设有激光测距轮；根据空气耦合天线探测结果分辨钢筋的位置和数量，还包括二衬厚度、工字钢施作情况、二衬背后密实度及空洞、钢筋施作的位置和间隔；
所述红外线测距仪器的指向与空气耦合天线的检测面平行，能够完成：①在检测过程中司机和检测人员根据激光线在衬砌上面红点的位置判断空气耦合天线检测的测线是否符合检测要求，在检测过程中及时提醒司机检测位置是否跑偏，以便及时修正；②红外线测距仪器对空气耦合天线距离衬砌表面位置的距离进行记录，该记录根据情况用于两个方面，一个是用于在检测过程中，将距离数据及时反馈在空气耦合天线的多轴向旋转机械臂中，多轴向旋转机械臂内置计算算法，实时调整将空气耦合天线到衬砌的距离固定在同一个数字上；另一个是直接记录距离数据，将该数据用于后期的数据处理工作中，在数据处理时将距离数据引入对位置信息进行补偿计算，从而将结果图像中的衬砌表面位置补偿显示为一条直线，便于病害信息的解释。
进一步，所述雷达主机及控制系统还记录车载系统的行驶距离信息，对数据进行隧道纵向长度上的归一化处理；采用激光测距轮中轮子周长×轮子旋转圈数的方法来记录最终的形式距离，配合现场既有里程桩号的修正，做到病害位置精确无误。
本发明的有益效果在于：本发明能够根据空气耦合天线探测结果分辨钢筋的位置和数量，还包括二衬厚度、工字钢施作情况、二衬背后密实度及空洞、钢筋施作的位置和间隔；运作方式简单，占用空间较小，检测病害位置精确。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明结构示意图。
附图标记：1-空气耦合天线，2-红外线测距仪器，3-多轴向旋转机械臂，4-雷达主机及控制系统，5-激光测距轮，6-车载装置。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1所示，非接触式公路隧道衬砌结构病害检查车载系统，包括空气耦合天线1、红外线测距仪器2、多轴向旋转机械臂3、雷达主机及控制系统4、激光测距轮5和车载装置6；
空气耦合天线1与红外线测距仪器2紧邻，设于多轴向旋转机械臂3上，受雷达主机及控制系统4，承载于车载装置6上；多轴向旋转机械臂3设置在车载装置6中部，能够进行角度调整、转动和伸缩；车载装置6尾部设有激光测距轮5；根据空气耦合天线1探测结果分辨钢筋的位置和数量，还包括二衬厚度、工字钢施作情况、二衬背后密实度及空洞、钢筋施作的位置和间隔；
红外线测距仪器2的指向与空气耦合天线1的检测面平行，能够完成：①在检测过程中司机和检测人员根据激光线在衬砌上面红点的位置判断空气耦合天线1检测的测线是否符合检测要求，在检测过程中及时提醒司机检测位置是否跑偏，以便及时修正；②红外线测距仪器2对空气耦合天线1距离衬砌表面位置的距离进行记录，该记录根据情况用于两个方面，一个是用于在检测过程中，将距离数据及时反馈在空气耦合天线1的多轴向旋转机械臂3中，多轴向旋转机械臂3内置计算算法，实时调整将空气耦合天线1到衬砌的距离固定在同一个数字上；另一个是直接记录距离数据，将该数据用于后期的数据处理工作中，在数据处理时将距离数据引入对位置信息进行补偿计算，从而将结果图像中的衬砌表面位置补偿显示为一条直线，便于病害信息的解释。该系统是在一辆车载设备安装一个空气耦合天线1，该空气耦合天线1的频率为380mhz～1.6ghz，空气耦合天线1距离衬砌结构的距离为10cm～3m，探测深度为40cm～3m，根据探测结果可分辨钢筋的位置和数量，还包括二衬厚度、工字钢施作情况、二衬背后密实度及空洞、钢筋施作的位置和间隔。我们车载设备上的天线放在车辆上较为中心的位置，进行适量的角度调整、转动和伸缩即可，不必使用长距离的机械臂去靠近衬砌完成检测。
其次，可在天线旁设计安装一个激光测距仪器，指向与天线检测面平行，该激光测距仪器可完成两项功能：①在检测过程中司机和检测人员可根据激光线在衬砌上面红点的位置判断天线检测的测线是否符合检测要求。也可在检测过程中及时提醒司机检测位置是否跑偏，以便及时修正。(该功能可在日后的更新换代中逐渐采用自动计算来进行调整，目的是为了固定车辆在行进过程中，一定会检测到同一条测线的位置。)②激光线测距仪器还应对天线距离衬砌表面位置的距离进行记录，该记录可根据情况设计用于两个方面，一个是可用于在检测过程中，将距离数据及时反馈在固定天线的机械臂中，机械臂内置计算算法，可实时调整将天线到衬砌的距离固定在同一个数字上；其次也可直接记录距离数据，将该数据用于后期的数据处理工作中，在数据处理时将距离数据引入对位置信息进行补偿计算，从而将结果图像中的衬砌表面位置补偿显示为一条直线，以方便病害信息的解释。
车载设备同样还需要记录车辆行驶的距离信息，来对数据进行隧道纵向长度上的归一化处理。因为公路隧道内无法接收的gps信息，所以建议采用采用激光测距轮5中轮子周长×轮子旋转圈数的方法来记录最终的形式距离，在方法使用简单，占用空间较小，再配合现场既有里程桩号的修正，可做到病害位置精确无误。
在实际工作中，该设备的采集步奏如下：
①在雷达主机及数据电脑中打开整个系统的电源，打开硬件控制单元的软件，输入本次检测过程中，雷达天线远离衬砌表面结构的控制距离参数，决定天线脱空衬砌的实际距离。并对其他的采样频率、雷达频率、增益情况等进行参数的设定。
②点击开始采集按钮，雷达、激光补偿系统、激光测距轮5同时开始数据采集工作，车辆保持一定速度前进，激光补偿系统实施将距离数据输入机械臂控制系统中，并采取实时补偿功能保证天线远离隧道的距离。激光测距轮5记录的距离-时间参数保存在数据电脑中。
③检测工作结束后，数据采集工作结束，对数据进行后处理工作，数理过程中采用激光测距轮5记录的距离-时间参数对结果距离参数进行校正，以保证可以根据结果正确找出病害结构位置。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。