一种车载式多维隧道数据采集系统及其协同工作方法与流程

本发明涉及隧道检测技术领域，具体地，涉及一种车载式多维隧道数据采集系统及其协同工作方法。

背景技术：

在隧道维养过程中，需要定期地采集隧道数据，以进行是否需要以及如何进行维养的分析。目前常规的采集手段是使用单一的传感器进行独立的数据采集以及独立的分析，但是这种手段存在明显的以下弊端：(1)使用单一传感器进行数据采集，容易出现数据丢失，顺序有误等问题；(2)由于数据是分批采集的，所需数据的采集时间较长，人力消耗大；(3)不同数据之间关联性较弱，后续处理难度加大。

针对前述问题，目前虽然也有通过配置多探测设备的车载系统来进行隧道数据的采集，但是其中也存在如下问题需要解决：(1)车载供电问题，即由于需要多种探测设备同时运行，如何在车载小范围空间为各种探测设备供电的问题；(2)数据同步问题，即在隧道数据采集过程中，由于所需运行的探测设备多样化，这些探测设备的采样频率、采样方式及通信方式不同，在对多种探测数据进行融合处理时，如何使各种数据同步；(3)大数据量储存与显示问题，即在隧道数据采集过程中，由于会有大量的数据涌入，如何进行大数量的数据储存与显示。

技术实现要素：

针对前述现有技术的问题，本发明提供了一种车载式多维隧道数据采集系统及其协同工作方法，不但可以解决不同探测设备的供电问题，实现多维数据的采集，使获取的数据具备完整性、相关性和连贯性等特点，减轻后续的数据处理与分析的难度，还可以实现采集进程与显示进程的独立运行，兼顾不同探测设备的采集速度和通信速度，使最终需要融合显示的各种数据能够同步进行融合处理和展示，解决数据同步和大数据量储存与显示问题。此外，所述车载式多维隧道数据采集系统还具有采集数据不因车速快慢而遗漏、数据实时性高和可自动定位及导航等特点，便于实际推广和应用。

本发明采用的技术方案,一方面提供了一种车载式多维隧道数据采集系统，包括车载交流电源模块、AC/DC开关电源、第一工控机、红外相机、第一显示器、第二工控机、第二显示器、测速雷达、全景摄像头、控制电路板、工业相机、三维激光扫描仪和路由器；所述车载交流电源模块的输电端分别电连接所述AC/DC开关电源、所述第一工控机、所述红外相机、所述第一显示器、所述第二工控机和所述第二显示器的供电端；所述AC/DC开关电源的输电端分别电连接所述测速雷达、所述全景摄像头、所述控制电路板、所述工业相机、所述三维激光扫描仪和所述路由器的供电端；所述测速雷达的信号输出端分别通信连接所述第一工控机和所述第二工控机的信号输入端，所述第一工控机的信号输出端通信连接所述全景摄像头的受控端，所述第二工控机的信号输出端通信连接所述控制电路板的信号输入端，所述控制电路板的控制端通信连接所述工业相机的受控端；所述红外相机、所述工业相机和所述全景摄像头的数据输出端分别通过所述路由器通信连接所述第一工控机的第一数据输入端和所述第二工控机的第一数据输入端，所述三维激光扫描仪的数据输出端通过串口数据线分别通信连接所述第一工控机的第二数据输入端和/或所述第二工控机的第二数据输入端，所述第一工控机的视频输出端通信连接所述第一显示器，所述第二工控机的视频输出端通信连接所述第二显示器。

优化的,还包括GPS定位模块；所述GPS定位模块的供电端电连接所述AC/DC开关电源的输电端；所述GPS定位模块的数据输出端分别通信连接所述第一工控机的第三数据输入端和/或所述第二工控机的第三数据输入端。

优化的，还包括惯性导航模块；所述惯性导航模块的供电端电连接所述AC/DC开关电源的输电端；所述惯性导航模块的数据输出端分别通信连接所述第一工控机的第四数据输入端和/或所述第二工控机的第四数据输入端。

优化的，还包括车顶仪器保护罩系统模块；所述车顶仪器保护罩系统模块的供电端电连接所述车载交流电源模块的输电端。

优化的，还包括闪光灯和布置在所述控制电路板中的闪光灯用电容；所述闪光灯用电容与所述闪光灯串联。

优化的，所述车载交流电源模块包括汽车发电机和车载电源；所述汽车发电机的输电端电连接所述车载电源的供电端，并将所述车载电源的输电端作为所述车载交流电源模块的输电端。

优化的，所述红外相机采用型号为7290A的非冷却式红外相机。

优化的，所述串口数据线为USB数据线或HDMI数据线。

本发明采用的技术方案,另一方面还提供了一种前述车载式多维隧道数据采集系统的协同工作方法，包括如下步骤：

S101.测速雷达在每一次监测到汽车行走单位距离时，分别且同时地向所述第一工控机和所述第二工控机发送采集启动指令，然后同步执行步骤S102和步骤S103；

S102.第一工控机在接收到所述采集启动指令后，从红外相机和/或三维激光扫描仪获取最近一帧的对应图像数据，同时向控制电路板发送第一采集指令，由控制电路板控制工业相机进行一次图像采集，然后获取来自工业相机的第一图像数据，并在融合与红外相机和/或三维激光扫描仪对应的最近一帧图像数据后得到第一显示图像；

S103.第二工控机在接收到所述采集启动指令后，从红外相机和/或三维激光扫描仪获取最近一帧的对应图像数据，同时向全景摄像头发送第二采集指令，控制全景摄像头进行一次图像采集，然后获取来自全景摄像头的第二图像数据，并在融合与红外相机和/或三维激光扫描仪对应的最近一帧图像数据后得到第二显示图像；

S104.第一工控机和第二工控机分别同时向对应通信连接的显示器传送所述第一显示图像和所述第二显示图像，通过第一显示器和第二显示器进行同步图像展示。

优化的，第一工控机和第二工控机在接受到所述采集指令后，分别启动设置有相同计时目标的计时器，并分别在对应计时器到达计时目标时向对应通信连接的显示器传送所述第一显示图像和所述第二显示图像。

综上，采用本发明所提供的车载式多维隧道数据采集系统及其协同工作方法，具有如下有益效果：(1)通过配置车载交流电源和AC/DC开关电源，可以为不同用电类型的探测设备进行统一供电，解决不同探测设备的供电问题，实现多维数据的采集，使获取的数据具备完整性、相关性和连贯性等特点，减轻后续的数据处理与分析的难度，有利于减少人力及物力的投入；(2)可以实现采集进程与显示进程的独立运行，兼顾不同探测设备的采集速度和通信速度，使最终需要融合显示的各种数据能够同步进行融合处理和展示，解决数据同步和大数据量储存与显示问题；(3)所述车载式多维隧道数据采集系统还具有采集数据不因车速快慢而遗漏、数据实时性高和可自动定位及导航等特点，便于实际推广和应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的车载式多维隧道数据采集系统的系统结构示意图。

图2是本发明提供的车载式多维隧道数据采集系统的协同工作方法流程图。

具体实施方式

以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明提供的车载式多维隧道数据采集系统及其协同工作方法。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例一

图1示出了本发明提供的车载式多维隧道数据采集系统的系统结构示意图，图2示出了本发明提供的车载式多维隧道数据采集系统的协同工作方法流程图。

本实施例提供的所述车载式多维隧道数据采集系统，包括车载交流电源模块、AC/DC开关电源、第一工控机、红外相机、第一显示器、第二工控机、第二显示器、测速雷达、全景摄像头、控制电路板、工业相机、三维激光扫描仪和路由器；所述车载交流电源模块的输电端分别电连接所述AC/DC开关电源、所述第一工控机、所述红外相机、所述第一显示器、所述第二工控机和所述第二显示器的供电端；所述AC/DC开关电源的输电端分别电连接所述测速雷达、所述全景摄像头、所述控制电路板、所述工业相机、所述三维激光扫描仪和所述路由器的供电端；所述测速雷达的信号输出端分别通信连接所述第一工控机和所述第二工控机的信号输入端，所述第一工控机的信号输出端通信连接所述全景摄像头的受控端，所述第二工控机的信号输出端通信连接所述控制电路板的信号输入端，所述控制电路板的控制端通信连接所述工业相机的受控端；所述红外相机、所述工业相机和所述全景摄像头的数据输出端分别通过所述路由器通信连接所述第一工控机的第一数据输入端和所述第二工控机的第一数据输入端，所述三维激光扫描仪的数据输出端通过串口数据线分别通信连接所述第一工控机的第二数据输入端和/或所述第二工控机的第二数据输入端，所述第一工控机的视频输出端通信连接所述第一显示器，所述第二工控机的视频输出端通信连接所述第二显示器。

如图1所示，在所述采集系统的结构中，所述车载交流电源模块用于为为系统中的各个交流用电设备提供统一的诸如电压为220V的交流电；所述AC/DC开关电源用于将导入的交流电转换成诸如电压为12V、9V或5V的直流电，以便为各个直流用电设备集中供电。所述第一工控机用于控制所述全景摄像头进行图像采集，获取即时采集的全景图像数据，并在融合其它最新采集数据(例如来自红外相机的且最近一帧的红外图像数据和/或来自三维激光扫描仪的且最近一帧的三维激光扫描图像数据等)后，将得到的显示图像输送至所述第一显示器进行展示。所述第二工控机用于控制所述工业相机(俗称摄像机，相比于传统的民用相机而言，它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等)进行图像采集，获取即时采集的数码图像数据，并在融合其它最新采集数据(例如来自红外相机的且最近一帧的红外图像数据和/或来自三维激光扫描仪的且最近一帧的三维激光扫描图像数据等)后，将得到的显示图像输送至所述第二显示器进行展示。

所述测速雷达用于检测汽车行驶速度，并在每一次监测到汽车行走单位距离时(可通过对监测的即时速度值进行时间积分，得到行走距离)，分别且同时地向所述第一工控机和所述第二工控机发送采集启动指令，以启动两工控机分别进行同步地即时数据采集和图像显示。所述全景摄像头用于在所述第一工控机的控制下进行即时全景图像数据的采集，其一般设置在车顶。所述控制电路板用于在所述第二工控机的控制下，启动所述工业相机进行即时数码图像数据的采集，所述工业相机一般也设置在车顶，其优选具有高清性能的特种工业相机。所述红外相机用于全程对周围环境进行红外图像数据的录像，其可以但不限于采用型号为7290A的非冷却式红外相机，无需冷却，可以长时间地进行录像，同样的，所述红外相机也一般设置在车顶。所述三维激光扫描仪用于全程对周围环境进行三维激光扫描，并通过串口数据线将采集获取的三维激光扫描图像数据传输至所述第一工控机或所述第二工控机进行预存，其中，所述串口数据线可以但不限于为USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)数据线或HDMI(High Definition Multimedia Interface，高清晰度多媒体接口)数据线。所述路由器用于向所述第一工控机或所述第二工控机中转传输来自所述所述红外相机、所述工业相机和所述全景摄像头的且具有高清特性的图像数据，以节省通讯接口，避免数据拥堵，利于车内走线布置。

所述车载式多维隧道数据采集系统的协同工作方式，可以但不限于包括如图2所示的如下步骤。

S101.测速雷达在每一次监测到汽车行走单位距离时，分别且同时地向所述第一工控机和所述第二工控机发送采集启动指令，然后同步执行步骤S102和步骤S103。

在所述步骤S101中，所述测速雷达可通过对监测的即时速度值进行时间积分，得到行走距离，然后在每一次监测到汽车行走单位距离时，分别且同时地向所述第一工控机和所述第二工控机发送采集启动指令。所述单位距离可以但不限于为1米，由此可使本采集系统是基于行走距离而非时间来进行即时图像数据的采集和最终的图像展示，可以避免采集数据因车速快慢而出现遗漏的问题，保证数据采集的完整性。

S102.第一工控机在接收到所述采集启动指令后，从红外相机和/或三维激光扫描仪获取最近一帧的对应图像数据，同时向控制电路板发送第一采集指令，由控制电路板控制工业相机进行一次图像采集，然后获取来自工业相机的第一图像数据，并在融合与红外相机和/或三维激光扫描仪对应的最近一帧图像数据后得到第一显示图像。

S103.第二工控机在接收到所述采集启动指令后，从红外相机和/或三维激光扫描仪获取最近一帧的对应图像数据，同时向全景摄像头发送第二采集指令，控制全景摄像头进行一次图像采集，然后获取来自全景摄像头的第二图像数据，并在融合与红外相机和/或三维激光扫描仪对应的最近一帧图像数据后得到第二显示图像。

S104.第一工控机和第二工控机分别同时向对应通信连接的显示器传送所述第一显示图像和所述第二显示图像，通过第一显示器和第二显示器进行同步图像展示。

此外，为了确保两显示器能够进行同步展示，在前述步骤中优化的，第一工控机和第二工控机在接受到所述采集指令后，分别启动设置有相同计时目标的计时器，并分别在对应计时器到达计时目标时向对应通信连接的显示器传送所述第一显示图像和所述第二显示图像。其中，所述计时目标为完成所述步骤S102和所述步骤S103的最长所需时间，其可以为系统默认值，例如0.5s，也可以根据实际情况进行调整。由此通过该车载式多维隧道数据采集系统及其协同工作方法，不但可以解决不同探测设备的供电问题，实现多维数据的采集，使获取的数据具备完整性、相关性和连贯性等特点，减轻后续的数据处理与分析的难度，还可以实现采集进程与显示进程的独立运行，兼顾不同探测设备的采集速度和通信速度，使最终需要融合显示的各种数据能够同步进行融合处理和展示，解决数据同步和大数据量储存与显示问题。此外，所述车载式多维隧道数据采集系统还具有采集数据不因车速快慢而遗漏和数据实时性高等特点，便于实际推广和应用。

优化的，还包括GPS定位模块；所述GPS定位模块的供电端电连接所述AC/DC开关电源的输电端；所述GPS定位模块的数据输出端分别通信连接所述第一工控机的第三数据输入端和/或所述第二工控机的第三数据输入端。如图1所示，所述GPS定位模块用于提供卫星定位及导航数据，这些卫星定位及导航数据可以但不限于以即时更新的方式预存储在所述第一工控机、所述第二工控机和/或中介介质中，然后在融合得到显示图像的过程中，再将这些卫星定位及导航数据也加载融合到显示图像中，进一步提升采集数据的完整性，使显示图像的内容更详实。

优化的，还包括惯性导航模块；所述惯性导航模块的供电端电连接所述AC/DC开关电源的输电端；所述惯性导航模块的数据输出端分别通信连接所述第一工控机的第四数据输入端和/或所述第二工控机的第四数据输入端。如图1所示，所述惯性导航模块(即是以陀螺和加速度计为敏感器件的导航参数解算系统，该系统根据陀螺的输出建立导航坐标系，根据加速度计输出解算出运载体在导航坐标系中的速度和位置)用于提供惯性导航数据，这些惯性导航数据也可以但不限于以即时更新的方式预存储在所述第一工控机、所述第二工控机和/或中介介质中，然后在融合得到显示图像的过程中，将这些惯性导航数据也加载融合到显示图像中，以弥补卫星定位及导航的不足(因在隧道中，卫星通信质量一般较差)，进一步提升采集数据的完整性，使显示图像的内容更详实。

优化的，还包括车顶仪器保护罩系统模块；所述车顶仪器保护罩系统模块的供电端电连接所述车载交流电源模块的输电端。如图1所示，所述车顶仪器保护罩系统模块用于在不使用车顶的探测设备时，自动驱动保护罩覆盖保护探测设备。

优化的，还包括闪光灯和布置在所述控制电路板中的闪光灯用电容；所述闪光灯用电容与所述闪光灯串联。如图1所示，所述闪光灯用于在即时图像采集时，对工业相机、全景摄像头或其它探测设备进行照明补光，所述闪光灯用电容用于提供补光所需的电能。

优化的，所述车载交流电源模块包括汽车发电机和车载电源；所述汽车发电机的输电端电连接所述车载电源的供电端，并将所述车载电源的输电端作为所述车载交流电源模块的输电端。所述汽车发电机为车载发电设备，可在发动机正常运转时(怠速以上)，向所有用电设备(起动机除外)供电，其一般为直流电输出型发电系统，例如输出DC12V的直流电。所述车载电源又叫电源逆变器，是一种能够将DC12V直流电转换为和市电相同的AC220V交流电，供一般电器使用，是一种方便的电源转换器，由于常用于汽车而得名，此处用于得到并可输出常用的AC220V的市电。

综上，本实施例所提供的车载式多维隧道数据采集系统及其协同工作方法，具有如下有益效果：(1)通过配置车载交流电源和AC/DC开关电源，可以为不同用电类型的探测设备进行统一供电，解决不同探测设备的供电问题，实现多维数据的采集，使获取的数据具备完整性、相关性和连贯性等特点，减轻后续的数据处理与分析的难度，有利于减少人力及物力的投入；(2)可以实现采集进程与显示进程的独立运行，兼顾不同探测设备的采集速度和通信速度，使最终需要融合显示的各种数据能够同步进行融合处理和展示，解决数据同步和大数据量储存与显示问题；(3)所述车载式多维隧道数据采集系统还具有采集数据不因车速快慢而遗漏、数据实时性高和可自动定位及导航等特点，便于实际推广和应用。

如上所述，可较好地实现本发明。对于本领域的技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的车载式多维隧道数据采集系统及其协同工作方法并不需要创造性的劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和变型仍落入本发明的保护范围内。