一种轨道交通隧道结构表观病害检测装置

1.本发明涉及隧道检测技术领域，具体为一种轨道交通隧道结构表观病害检测装置。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.轨道交通的隧道维护作业需要进行病害检测，一方面及时发现隧道衬砌裂缝及渗漏水等病害，从而及时处理，另一方面检测隧道内的轨道平顺情况，降低轨道不平顺对设备和车辆的影响。
4.传统的病害检测手段依靠人工携带设备或仪器进入隧道内部进行，人工为主的检测方式虽然技术成熟但是检测效率低、精度低且无法保障工作人员的安全，无法满足日益增长的病害检测需求。一些无人化的检测手段仍处于起步阶段，难以实现自动化巡检，并且容易受到隧道内部环境影响导致设备的检测精度和效率不理想。


技术实现要素：

5.为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种轨道交通隧道结构表观病害检测装置，通过搭载三维激光扫描仪、平顺性检测装置、远程地面控制站等设备从而实现对隧道结构表观病害的自动化巡检及轨道平顺性的智能检测，旨在解决传统检测手段效率低、危险系数高、新兴检测手段智能化程度低的弊病。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.本发明的第一个方面提供一种轨道交通隧道结构表观病害检测装置，包括：
8.快速移动平台，通过行进轮毂沿轨道方向运行，快速移动平台上连接平顺性检测装置、监控摄像头、激光雷达和激光扫描仪；
9.平顺性检测装置，包括位于快速移动平台底部并列布置且与轨道方向相垂直的两组检测梁，检测梁上设有激光测距仪和陀螺仪。
10.快速移动平台底部中心通过连接块与两组检测梁连接，检测梁中心连接陀螺仪，检测梁两端连接激光测距仪。
11.行进轮毂一侧设有第一编码器，激光测距仪远离检测梁的一侧设有第二编码器。
12.行进轮毂具有至少四组，第一编码器位于沿轨道方向的后两组行进轮毂一侧。
13.激光雷达位于监控摄像头前侧，用于检测行进路段的路况并将信号传输至行进轮毂的轮毂电机。
14.激光扫描仪在行进时获取隧道结构点云数据，通过得到的点云灰度及深度影像视图，用于隧道表观病害信息进行识别与特征分析。
15.地面站，与快速移动平台通讯连接。
16.陀螺仪获取因轨道不平顺引起的左右两侧轮毂高程不一致，出现的俯仰角变化和
中心位置方向角变化。
17.激光测距仪获取快速移动平台左右两侧的轨距变化。
18.与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
19.1、通过搭载平顺性检测装置，快速移动平台形成沿轨道方向运行的测量车体，轨道的不平顺会导致测量车体左右两侧轮毂高程不一致从而出现左、右俯仰角变化和测量车体的中心位置方向角变化，这部分角度变化会反映在检测梁上，从而被检测梁中心处的陀螺仪获取到，激光测距仪则获取快速移动平台左、右端与左、右轴箱的相对位移和左、右轨距，从而完成轨道平顺性状态的检测。
20.2、通过激光扫描仪和监控摄像头在设备行进时收集隧道结构点云数据，通过航位推算与点云坐标转换，建立隧道高精度三维模型，并生产点云灰度及深度影像视图，进而对影像中渗漏水、裂缝、掉块等表观病害信息进行识别与特征分析。
21.3、通过分离式远程地面控制站控制设备进行病害检测既可实现病害遥控检测又可实现设备自动行进检测，保障工作人员的安全同时大幅提高了设备智能化程度。
附图说明
22.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
23.图1是本发明一个或多个实施例提供的轨道交通隧道结构表观病害检测装置的整体结构示意图；
24.图2是本发明一个或多个实施例提供的平顺性检测装置的结构示意图；
25.图3是本发明一个或多个实施例提供的轨道交通隧道结构表观病害检测装置的仰视结构示意图；
26.图4是本发明一个或多个实施例提供的隧道衬砌病害及轨道平顺性检测的工作流程示意图；
27.图中：1行进轮毂、2第一编码器、3平顺性检测装置、4监控摄像头、5激光雷达、6激光扫描仪、7机身、8第二编码器、9激光测距仪、10高精惯导陀螺仪、11连接块。
具体实施方式
28.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
29.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
30.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
31.正如背景技术中所描述的，传统的病害检测手段依靠人工携带设备或仪器进入隧道内部进行，人工为主的检测方式虽然技术成熟但是检测效率低、精度低且无法保障工作人员的安全，无法满足日益增长的病害检测需求。一些无人化的检测手段仍处于起步阶段，
难以实现自动化巡检，并且容易受到隧道内部环境影响导致设备的检测精度和效率不理想。
32.因此，以下实施例给出了一种轨道交通隧道结构表观病害检测装置及方法，通过搭载三维激光扫描仪、平顺性检测装置、远程地面控制站等设备从而实现对隧道结构表观病害的自动化巡检及轨道平顺性的智能检测，旨在解决传统检测手段效率低、危险系数高、新兴检测手段智能化程度低的弊病。
33.实施例一：
34.如图1-4所示，一种轨道交通隧道结构表观病害检测装置，包括：
35.快速移动平台，通过行进轮毂1沿轨道方向运行，快速移动平台上连接平顺性检测装置3、监控摄像头4、激光雷达5和激光扫描仪6；
36.平顺性检测装置3，包括位于快速移动平台底部并列布置且与轨道方向相垂直的两组检测梁，检测梁上设有激光测距仪9和高精惯导陀螺仪10。
37.快速移动平台底部中心通过连接块11与两组检测梁连接，检测梁中心连接高精惯导陀螺仪10，检测梁两端连接激光测距仪9。
38.行进轮毂1一侧设有第一编码器2，激光测距仪9远离检测梁的一侧设有第二编码器8。
39.行进轮毂1具有至少四组，第一编码器2位于沿轨道方向的后两组行进轮毂一侧。
40.激光雷达位于监控摄像头前侧，用于检测行进路段的路况并将信号传输至行进轮毂的轮毂电机。
41.激光扫描仪6在行进时获取隧道结构点云数据，通过得到的点云灰度及深度影像视图，用于隧道表观病害信息进行识别与特征分析。
42.地面站，与快速移动平台通讯连接。
43.陀螺仪获取因轨道不平顺引起的左右两侧轮毂高程不一致，出现的俯仰角变化和中心位置方向角变化。
44.激光测距仪获取快速移动平台左右两侧的轨距变化。
45.具体的：
46.装置具有行进轮毂1、第一编码器2、平顺性检测装置3、监控摄像头4、激光雷达5、激光扫描仪6、机身7及远程分离操作平台(地面站)、第二编码器8、激光测距仪9、高精惯导陀螺仪10、连接块11。
47.行进轮毂1由折叠式支撑臂连接机身7，轮毂为标准隧道轨道车轮尺寸，由轮毂电机供能，可在隧道轨道上快速移动，能够控制设备行进并定位设备工作时所处位置；可以采用步进式电机作为驱动，包含四个行进轮毂1，后侧两行进轮毂外的里程计编码器(第一编码器2)负责测量行进里程；
48.里程计编码器(第一编码器2)于后部两侧行进轮毂1一侧，用于测量装置的行进里程，并由内部控制器读取转化为速度数据，操作者即可在分离式远程地面控制站观察到小车行进情况；编码器采集数据由设备内部控制器读取并转化为速度参数，速度参数以无线形式传输至远程地面控制站并展示在远程地面控制站操作界面上；
49.平顺性检测装置3通过两块连接块11实现与小车机身7的连接，检测梁两端装备激光测距仪9，中部装备高精度惯导陀螺仪10
50.高精度惯导陀螺仪10测量快速移动平台(车体)运动过程中左、右俯仰角和检测梁中心位置的方向角，并结合编码器提供的分组里程，完成俯仰角、航向角到车体高低及陀螺仪惯性位移的转换；激光测距仪9分别用来测量车体左、右端与左、右轴箱的相对位移和左、右轨距，完成平顺性的计算。
51.记录运行里程的编码器贴合轮毂，或是位于检测梁上激光测距仪9的两端，位于检测梁上时，检测梁的长度与轨道宽度相同。
52.本实施例中，采用两类编码器，第一编码器2连接在行进轮毂1的一侧，第二编码器8连接在检测梁上激光测距仪9的两端，确保数据准确。
53.监控摄像头4接于机身7上部，用以地面控制站实时监控作业区间内的环境并展示在操作界面上；
54.激光雷达5装于监控摄像头4前侧，检测行进路段路况，激光雷达检测行进路段路况并将信号传输至轮毂电机，可将停止信号传输给轮毂电机，轮毂电机停止转动形成刹车，实现及时避障；
55.激光扫描仪6搭载至监控摄像头4后侧，在设备行进时收集隧道结构点云数据，通过航位推算与点云坐标转换，建立隧道高精度三维模型，并生产点云灰度及深度影像视图，进而对影像中渗漏水、裂缝、掉块等表观病害信息进行识别与特征分析。
56.激光雷达进行自身高度调节和纵向运动，激光扫描仪始终保持在水平方向；
57.激光雷达和激光扫描仪在0～180
°
范围内运动，随设备推进，激光雷达和激光扫描仪沿环向对轨交隧道结构表观病害实现可视化检测。
58.地面站用于远程遥控机器人行进并实时检测隧道内部情况；
59.通过分离式远程地面控制站控制设备进行病害检测既可实现病害遥控检测又可实现设备自动行进检测，保障工作人员的安全同时大幅提高了设备智能化程度。
60.通过搭载移动式三维激光扫描仪可连续采集隧道点云数据并构建管片模型从而对隧道结构表观病害实现精确定位。
61.由步进式电机控制设备行进，行进速度高并由此大幅提高病害检测效率。
62.通过搭载平顺性检测装置，快速移动平台形成沿轨道方向运行的测量车体，轨道的不平顺会导致测量车体左右两侧轮毂高程不一致从而出现左、右俯仰角变化和测量车体的中心位置方向角变化，这部分角度变化会反映在检测梁上，从而被检测梁中心处的陀螺仪获取到，激光测距仪则获取快速移动平台左、右端与左、右轴箱的相对位移和左、右轨距，从而完成轨道平顺性状态的计算。
63.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。