一种隧道内缺陷定位方法及装置与流程

本技术涉及隧道巡检设备，特别是涉及一种隧道内缺陷定位方法及装置。

背景技术：

1、截至2020年底，中国铁路营业里程达14.5万公里，其中投入运营的铁路隧道共16798座，总长约19630公里。可见我国的隧道交通里程具备相当规模。而为了保障这些隧道的安全，每年都需要投入一定资源进行维护保养。在现有的隧道检测中需要对发现的隧道缺陷进行记录。除了记录缺陷的类型、严重程度和图像等，一个关键信息就是缺陷的位置信息。位置信息可以有各种获取方法，但无论采用哪种方法，目的是一致的，即帮助维保人员能快速准确的找到缺陷。

2、现有的隧道缺陷的定位方法分别有：一种是使用惯导定位传感器，在隧道巡检装置启动时，利用传感器的运动距离计算能力，记录起始位置到病害位置的距离。但目前的惯导定位设备成本很高，且存在累计误差问题；一种是使用高精度的测距轮，但与上述方法类似，要想达到较高精度，测距轮及其配套电子设备仍然存在成本较高和累计误差问题，如果在公路环境，地面的坑洼不平，会进一步加剧误差；还有两种方式都是利用了轨道上的扣件，其一是借助摄像设备结合人工智能算法，对轨道上的扣件进行拍照、识别和计数，其二是使用激光测距设备对轨道与设备间高度进行高频采样及分析，高度发生变化时，认为经过了一个扣件，完成识别和计数，但这类方法存在异物干扰造成识别错误、识别遗漏、识别失败等问题，可靠性同样堪忧。而最终长度值要用扣件数量乘以扣件间距，计算得出。但有时扣件间的间距会有不同，扣件的类型也可能变化，这些都会影响效果、增加不小的设备成本和软件升级维护成本。更重要的是，这种方式无法适用公路隧道场景下没有轨道和扣件的情况。因此有必要开发一种成本更低、精度更高、可靠性更好、普适性更强的隧道内病害位置定位的方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明涉及到一种隧道内缺陷定位方法及装置，隧道长度信息、病害位置信息的计算、存档、修正信息均在远端总控台的统一调度下自动完成，无需人工干预，自动化程度高，本发明解决上述问题的具体实施方式如下：

2、一种隧道内缺陷定位装置，包括：

3、设于弧形隧道内的行走部，其由底盘和车体组成，底盘内置有行驶的驱动部；

4、若干个采集单元，采集单元由进行图像采集的拍摄组件和进行成像测距的测距组件组成，采集单元沿弧形隧道的弧向等距均匀布设于车体的周侧，且至少有一个采集单元为水平状布设，相邻拍摄组件的成像画面之间存在有第二拍摄重叠部，第二拍摄重叠部用于后期图像拼接融合后对弧形隧道内壁单一点位的全面覆盖；

5、拍摄触发组件，拍摄触发组件内置有用于检测行走部运动距离的位移检测结构；

6、控制器，其信号输入端电性接于拍摄组件、测距组件和行走部内的驱动部件，其信号输出端通过通信模块无线接于远端总控台。

7、基于以上技术方案，拍摄组件具体为摄像机，其镜头指向于弧形隧道的内侧；驱动部件为现有的常规驱动结构，位移检测结构为测距轮结构，其在拍摄过程中使用，由于远端总控台处理的延后性，测距轮仅输出最终行程，因此其中间段每个缺陷点的位置数据无法取用；智能识别部和缺陷点检测识别均基于现有技术中的机器视觉系统，其通过图像识别和深度学习算法，可以识别和理解道路、缺陷点、交通标志和障碍物等。

8、一种隧道内缺陷定位方法，包括以下步骤：

9、s100、各拍摄组件同时运行用以记录弧形隧道内表面的单点图像信息，行走部带动拍摄组件和测距组件沿弧形隧道的长度方向行进，用来记录弧形隧道内表面的整段图像信息；

10、s200、行走部匀速行进，拍摄组件连续拍摄的两成像画面之间存在有第一拍摄重叠部；

11、s300、行走部由弧形隧道的初始端行驶至终点端，拍摄组件将全部的图像信息实时传输给控制器；

12、s400、拍摄完成后，控制器将图像汇总传输给远端总控台，远端总控台通过其缺陷检测程序进行所有图像中的缺陷检测；

13、s500、发现病害缺陷点后，远端总控台针对处于水平状态下的拍摄组件的图像数据进行病害点的定位分析；

14、s600、每个成像画面的成像宽度设定为固定值d1，成像高度设定为固定值d2，远端总控台提取测距组件采集到的镜头与弧形隧道内表面之间的拍摄距离；远端总控台根据d1的数值、d2的数值和成像关系，自动计算出与单个成像画面相对应的弧形隧道内的实际拍摄宽度d3和实际拍摄高度d4；

15、s700、远端总控台统计拍摄组件在发现病害点之前成像画面的数量n，并统计病害点之前成像画面的总宽度；

16、s800、第一拍摄重叠部的宽度设定为固定值d5，统计病害点之前成像画面的总宽度时，还需要去除第一拍摄重叠部的冗余数据，去除后的总宽度为：wx＝n×d1-×d5；

17、s900、远端总控台采集存在有病害点的成像画面的图像信息，提取病害点在该成像画面内的宽度dx；

18、s1000、远端总控台计算出在整体成像画面内病害点的宽度信息为：n×d1-×d5+dx；

19、远端总控台根据该宽度信息和步骤s600提及的成像比原理，自动计算出病害点与弧形隧道初始点之间的距离关系。

20、可选的，当病害点处于非水平状态拍摄组件的成像画面内时，先根据上述s500至s1000确定病害点与弧形隧道初始点之间的距离关系；

21、以处于水平状态拍摄组件为基准点，通过等距布设的各拍摄组件确认病害点的方位和大概高度。

22、进一步的，在行走部产生变速后隧道内缺陷的定位方法，具体为：

23、行走部具有用于变速观察的加、减速模块，行走部路过往期病害段时先减速对病害段多次拍照，后加速对减速行程进行补偿，行走部变速导致第一拍摄重叠部的宽度d5设定为变动值；

24、统计病害点之前成像画面的总宽度时，还需要去除第一拍摄重叠部的冗余数据，去除后的总宽度为：n×d1-,其中d51、d52…d5m为每次宽度d5的变动值；

25、远端总控台采集存在有病害点的成像画面的图像信息，提取病害点在该成像画面内的宽度dx；

26、远端总控台计算出在整体成像画面内病害点的宽度信息为：n×d1-+dx，其中m＝n-1，表示取n-1个d5的数据；

27、远端总控台根据该宽度信息和步骤s600提及的成像比原理，自动计算出病害点与弧形隧道初始点之间的距离关系。

28、可选的，当远端总控台进行图像扫描时，成像画面内还记录有弧形隧道内的百米标和里程标；

29、远端总控台的智能识别部对标志物进行识别，并将该标志物当作病害点的方式进行宽度计算，计算结果与标志物的标注里程进行比对；

30、对于比对出的差值，各成像画面进行误差平摊，为获得更加精准的位置信息，调整d1的数值大小。

31、可选的，当行走部行进过程中发生震动时，与其对应的成像画面发生倾斜，以所有未发生倾斜的成像画面为基准，并以此建立水平基线，发生倾斜的成像画面与水平基线之间存在偏转夹角α；

32、远端总控台采集偏转夹角α的数据，此时的d5仍为固定值，但其已并非准确值，根据偏转夹角α和几何关系计算出实际的数值d5’,即缺陷定位过程中成像画面发生倾斜时选择录入数值d5’，并据此计算出实际的wx。

33、可选的，当多个成像画面连续发生倾斜时，远端总控台仍以水平基线为基准，依次修正各发生倾斜的成像画面的d5数据。

34、综上，本技术包括以下有益技术效果：

35、1、本发明的成本低，本方法基于现有巡检设备的硬件，利用等间距提取成像画面和利用测距组件记录相应的距离关系，在满足并不苛刻安装条件的情况下，即可实现隧道长度测量和病害定位两大功能；

36、2、本发明中远端总控台利用成像画面内记录的弧形隧道内百米标和里程标，将其与计算数据做比对，进而修正了定位数据；

37、3、本发明中当行走部行进过程中发生震动时，远端总控台建立水平基线，据此确立偏转夹角α，基于d5数据和偏转夹角α数据以几何关系推导出准确的录入数值d5’，提高了定位数据的准确性；

38、4、本发明易实施，现有技术受扣件种类多、数量大的影响，而本方法不依赖对扣件的ai识别，因此无需采集大量的扣件图像数据和机器学习训练调教，本方法直接跳过此过程，无训练过程和后期维护成本；

39、5、本发明具有对往期检测的经验累计功能，当在前期隧道检测过程中被判断有缺陷时，行走部邻近该缺陷区域时会通过变速针对该处进行详细、密集取样检测。