一种用于隧道的智能巡检系统的制作方法

本实用新型涉及隧道安全技术领域，具体涉及一种用于隧道安全检测的智能巡检系统。

背景技术：

隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。隧道可分为交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道。1970年国际经济合作与发展组织召开的隧道会议综合了各种因素，对隧道所下的定义为：以某种用途、在地面下作用任何方法规定形状和尺寸修筑的断面积大于2 平方米的洞室。根据使用环境不同，隧道可分为高速公路隧道、海底隧道、地下人防工程、地铁隧道、轻轨隧道等等。

隧道由于其存在位置的特殊性，故障类型的多样性导致其检测难度较大。按照故障表现形式可分为设备磨损、断裂、裂纹；按照故障诱因的物理类型可分为电气故障、信号故障、机械故障和电子故障。

现有的故障诊断方法主要为以下四类：(1)经验法：运检师依据经验、目测以及逻辑判断对故障进行诊断；(2)部件替换法：使用新部件替换可能的故障部件，再通过运行进行验证；(3)设备检测法：借助专业仪器、设备进行测试来定位故障点；(4)运行记录查找法：通过对比、参照运行记录寻找故障问题。现有的诊断方法要求运检师熟悉轨道交通各组成部分的工作原理、各种故障信息，工作强度大、效率低，故障诊断的准确性易受人员因素的干扰。

技术实现要素：

本实用新型是为了克服现有技术中在人工进行安全检查时检查速度慢、工作强度大、工作效率低等问题，提供一种用于隧道的智能巡检系统，能够在实时隧道内基础设施的状态以及隧道内车辆的运行状态，及时发现故障或故障隐患，节省安全检查的时间，提高安全检查的效率。

本实用新型提供一种用于隧道的智能巡检系统，包括：

轨道：固定设置在隧道内表面且长度大于等于隧道的长度，用于为智能机器人沿隧道延伸方向的运动提供导向作用，轨道同时也可以用于为智能机器人提供动力，智能机器人可以通过电刷与轨道上的滑触线相连进行取电；

智能机器人：设置在轨道上且能够沿轨道在其延伸方向往复运动，用于采集隧道内实时状态数据，用于将实时状态数据传送至中央处理系统，用于接收中央处理系统传送的指令，用于根据指令执行相应的动作，智能机器人可以通过轨道实时取电，也可以通过自带蓄电池取电；

中央处理系统：用于接收智能机器人传送的实时状态数据，用于对实时状态数据进行分析并根据分析结果生成指令，用于将指令传送至智能机器人；

功能拼装模块：设置在智能机器人上，用于根据实际环境状况的需求将数据采集模块、运动控制模块和应急救援模块中的各功能模块进行组合，并通过设置在功能拼装模块上的接口安装在功能拼装模块上。

功能拼装模块能够根据隧道环境和检测项目的不同将数据采集模块、运功控制模块和应急救援模块中的模块化产品进行有效的组合，能够有效的解决实际出现的问题；功能拼装模块可从智能机器人上拆卸下来，根据检测项目的不同提前将各模块化产品安装在功能拼装模块上，当智能机器人需要更换时将原来安装在智能机器人上的功能拼装模块拆下，换上新的功能拼装模块即可执行新的任务。模块化产品可以是实体产品如摄像头等，也可以是控制程序如运行控制程序等。

本实用新型所述的一种用于隧道的智能巡检系统，作为优选方式，智能机器人包括：

机器人车体：用于运载数据采集模块、运动控制模块、数据处理模块、主控制模块和应急救援模块；

数据采集模块：固定安装在机器人车体上，用于采集隧道内部实时状态数据，用于将实时状态数据传送至数据处理模块；

运动控制模块：固定安装在机器人车体上，用于检测机器人车体的运动状态并生成运动状态信息，用于将运动状态信息发送至主控制模块，用于接收主控制模块发送的运动指令，用于根据运动指令调节机器人车体的运动状态；

数据处理模块：固定安装在机器人车体上，用于接收数据采集模块传送的所述实时状态数据，用于将实时状态数据与数据库中数据进行对比并生成对比结果，用于将对比结果传送至主控制模块；

主控制模块：固定安装在机器人车体上，用于接收数据处理模块传送的对比结果，用于接收运动控制模块发送的运动状态信息，用于向运动控制模块发送指令，用于向应急救援模块发送应急指令，用于中央处理系统发送对比结果和运动状态信息，用于接收中央处理系统发送的运动指令、应急指令和数据更新信息；

应急救援模块：固定安装在机器人车体上，存储应急救援设备，用于接收主控制模块传送的应急指令，用于根据应急指令进行应急救援。

本实用新型所述的一种用于隧道的智能巡检系统，作为优选方式，数据采集模块包括：

激光扫描装置：用于对隧道进行三维建模，用于检测隧道限界和变形，用于检测隧道内异物，用于检测轨道变形；

扫描相机：用于检测隧道裂纹和湿渍，用于检测隧道内异物；

摄像头：用于对隧道内环境进行监控；

红外成像仪：用于检测隧道内电缆发热，用于检测隧道内人员和动物的侵入；

温度探测器：用于检测隧道内的温度异常，用于识别隧道内的热源；

速度探测器：用于检测隧道内物体运动的速度。

激光扫描装置能够进行隧道三维建模、异物侵限检测、隧洞洞体结构和隧道曲率变形检测、铁轨几何形状检测(轨道零件脱落、轨距变形等)；扫描相机能够进行异物检测、隧道壁面裂纹检测、壁面湿渍检测；摄像头能够对隧道内实况环境实时监测；红外成像仪能够进行隧洞内电缆发热检测、人员或动物入侵检测、隧洞内功率回路短路检测等；应急救援模块能够根据应急指令向故障位置发射应急救援，如向着火地点发射灭火弹等。

本实用新型所述的一种用于隧道的智能巡检系统，作为优选方式，运动控制模块包括：

3D惯性测量单元：用于检测机器人车体的姿态和加速度，可选用陀螺仪；

定位传感器：用于检测机器人车体的位置信息；

电机驱动器：用于为机器人车体提供运行动力；

陀螺仪：用于检测机器人车体的方位信息，结合惯导技术能够实现运动物体的精确定位；

非接触式避障传感器：用于检测轨道上是否存在异物等障碍，例如雷达等。

本实用新型所述的一种用于隧道的智能巡检系统，作为优选方式，智能机器人还包括：

本实用新型所述的一种用于隧道的智能巡检系统，作为优选方式，数据处理模块包括：

数据比较模块：用于将数据采集模块收集的实时状态数据与数据库中存储的轨道交通系统基础设施的正常状态数据进行对比，将对比结果传送至数据判断模块；

数据判断模块：用于将对比结果按照数据库中设定的阈值进行判断，生成故障信息或预警信息，并将故障信息传送至故障诊断模块，将预警信息传送至故障预警模块；

故障诊断模块：用于将故障信息进行分类和评级并对故障信息进行定位，并将故障分类信息、故障评级信息和故障定位信息传送至株控制模块；

故障预警模块：用于将预警信息进行分类和评级并对预警信息进行定位，并将预警分类信息、预警评级信息和预警定位信息传送至主控制模块。

本实用新型所述的一种用于隧道的智能巡检系统，作为优选方式，中央处理系统包括：

数据库模块：用于存储故障信息、预警信息以及由中央处理系统汇总的更新信息；

知识库模块：用于存储隧道内部各零部件和元器件使用寿命及磨损数据信息；

推理器模块：用于将中央处理系统传送来的故障信息或预警信息汇总结果分类更新至故数据库模块和知识库模块。

数据库模块能够根据数据处理模块传送的故障信息和预警信息实现自动更新，并将更新后的结果作为下一次故障信息或预警信息判定、评级的依据，实现智能巡检机器人的智能化成长。

本实用新型所述的一种用于隧道的智能巡检系统，作为优选方式，数据库模块包括：

故障信息模块：用于存储隧道的故障信息、故障分类信息、故障定位信息、故障评级信息和各故障阈值；

预警信息模块：用于存储隧道的预警信息、预警分类信息、预警定位信息、预警评级信息和各预警阈值。

本实用新型所述的一种用于隧道的智能巡检系统，作为优选方式，实时状态数据包括隧道内基础设施实时状态数据，隧道内运动物体运行情况实时状态数据，智能机器人运行实时状态数据和隧道内环境实时状态数据。

本实用新型所述的一种用于隧道系统的智能巡检系统，作为优选方式，指令包括用于控制智能机器人运动的运动指令和用于控制智能机器人进行应急预案的应急指令。

本实用新型所述的一种用于隧道的智能巡检系统，作为优选方式，数据采集模块还包括射频扫描装置、有毒气体探测器、烟雾探测器。射频扫描装置能够扫描设备上的电子标签，用于确定各设备的基础数据信息以及位置信息；有毒气体探测器能够识别隧道内的有毒气体；烟雾探测器能够识别隧道内的烟雾，快速识别火灾等突发状况。

本实用新型所述的一种用于隧道的智能巡检系统，作为优选方式，在隧道内设有多个轨道，轨道设置在隧道侧壁或顶部。在每个轨道上设置一个智能巡检机器人，多个智能巡检机器人能够弥补检测盲点，提高检测的准确性，提高隧道系统的安全性。

本实用新型在使用过程中，智能机器人通过集电装置取电供给电机，电机为主动轮提供动力，带动智能机器人沿着导轨方向运动，数据采集模块实时收集轨道交通系统基础设施的实时状态数据并将其传送至数据处理模块，数据处理模块首先把数据采集模块传送过来的数据分为正常数据、故障数据和预警数据，其中正常数据直接保存至数据库，故障数据下发至故障诊断模块进行分类、定位与评级并将故障分类信息、故障评级信息和故障定位信息通过显示装置反馈至用户，预警信息下发至故障预警模块进行分类、定位与评级并将预警分类信息、预警评级信息和预警定位信息通过显示装置反馈至用户，能够及时发现故障或故障隐患，节省安全检查的时间，提高安全检查的效率。

同时数据库能够根据数据处理模块传送的故障信息和预警信息实现自动更新，并将更新后的结果作为下一次故障信息或预警信息判定、评级的依据，实现智能机器人的智能化成长。

本实用新型由于在隧道内壁导轨上设有智能机器人，能够实时检测隧道内的实时状态数据，及时发现故障或故障隐患，节省安全检查的时间，提高安全检查的效率。

附图说明

图1为一种用于隧道的智能巡检系统组成图；

图2为一种用于隧道的智能巡检系统功能拼装模块示意图；

图3为一种用于隧道的智能巡检系统智能机器人的流程图；

图4为一种用于隧道的智能巡检系统智能机器人的组成图；

图5为一种用于隧道的智能巡检系统数据采集模块的组成图；

图6为一种用于隧道的智能巡检系统运动控制模块的组成图；

图7为一种用于隧道的智能巡检系统数据处理模块的组成图；

图8为一种用于隧道的智能巡检系统中央处理系统的组成图；

图9为一种用于隧道的智能巡检系统数据库模块的组成图。

图号说明：

01、隧道；02、轨道；03、智能机器人；04、中央处理系统；041、数据库模块；0411、故障信息模块；0412、预警信息模块；042、知识库模块；043、推理器模块；05、功能拼装模块；100、数据采集模块； 110、激光扫描装置；120、扫描相机；130、摄像头；140、红外成像仪；150、温度探测器；160、速度探测器；200、运动控制模块；210、 3D惯性测量单元；220、定位传感器；230、电机驱动器；240、陀螺仪； 250、非接触式避障传感器；300、数据处理模块；310、数据比较模块； 320、数据判断模块；330、故障诊断模块；340、故障预警模块；400、主控制模块；500、应急救援模块。

具体实施方式

本实用新型提供一种用于隧道系统的智能巡检系统，如图1所示，包括：

轨道02：固定设置在隧道01内表面且长度大于等于隧道01的长度，用于为智能机器人03沿隧道01延伸方向的运动提供导向作用，用于为智能机器人03提供动力；

智能机器人03：设置在轨道02上且能够沿轨道02在其延伸方向往复运动，用于采集隧道01内实时状态数据，用于将实时状态数据传送至中央处理系统04，用于接收中央处理系统04传送的指令，用于根据指令执行相应的动作；实时状态数据包括隧道内基础设施实时状态数据，隧道内运动物体运行情况实时状态数据，智能机器人运行实时状态数据和隧道内环境实时状态数据；指令包括用于控制智能机器人运动的运动指令和用于控制智能机器人进行应急预案的应急指令；如图3～4所示，智能机器人03 包括：

机器人车体：用于运载数据采集模块100、运动控制模块200、数据处理模块300、主控制模块400和应急救援模块500；

数据采集模块100：固定安装在机器人车体上，用于采集隧道01内实时状态数据，用于将实时状态数据传送至数据处理模块300；如图5所示，包括：

激光扫描装置110：用于对隧道01进行三维建模，用于检测隧道01 裂纹和变形，用于检测隧道01内异物，用于检测轨道02变形；

扫描相机120：用于检测隧道01裂纹和湿渍，用于检测隧道01内异物；

摄像头130：用于对隧道01内环境进行监控；

红外成像仪140：用于检测隧道01内电缆发热，用于检测隧道01内人员和动物的侵入；

温度采集装置150：用于采集隧道01内的温度信息，用于识别隧道01 内的热源；

速度采集装置160：用于采集隧道01内移动物体的运动信息。

运动控制模块200：固定安装在机器人车体上，用于检测机器人车体的运动状态并生成运动状态信息，用于将运动状态信息发送至主控制模块400，用于接收主控制模块400发送的运动指令，用于根据运动指令调节机器人车体的运动状态；如图6所示，包括：

3D惯性测量单元210：用于检测机器人车体的姿态和加速度；

定位传感器220：用于检测机器人车体的位置信息；

电机驱动器230：用于为机器人车体提供运行动力；

陀螺仪240：用于判断机器人车体位置信息；

非接触式避障传感器250：用于检测轨道02上是否存在异物等障碍。

数据处理模块300：用于将数据采集模块100收集的实时状态数据与数据库模块中存储的轨道交通系统基础设施的正常状态数据进行对比和判断，生成故障信息或预警信息，并将故障信息或预警信息进行分类并处理，生成分类信息和处理结果，将处理结果传送至主控制模块400，将分类信息和处理结果传送至数据库；如图7所示，进一步包括：

数据比较模块310：用于将数据采集模块100收集的实时状态数据与数据库模块中存储的轨道交通系统基础设施的正常状态数据进行对比，将对比结果传送至数据判断模块320；

数据判断模块320：用于将对比结果按照数据库模块中设定的阈值进行判断，生成故障信息或预警信息，并将故障信息传送至故障诊断模块 330，将预警信息传送至故障预警模块340；

故障诊断模块330：用于将故障信息进行分类和评级并对故障信息进行定位，并将故障分类信息、故障评级信息和故障定位信息传送至主控制模块400；

故障预警模块340：用于将预警信息进行分类和评级并对预警信息进行定位，并将预警分类信息、预警评级信息和预警定位信息传送至主控制模块400。

主控制模块400：固定安装在机器人车体上，用于接收数据处理模块 300传送的对比结果，用于接收运动控制模块200发送的运动状态信息，用于向运动控制模块200发送运动指令，用于向中央处理系统04发送对比结果和运动状态信息，用于接收中央处理系统04发送的运动指令。

应急救援模块500：可拆卸的安装在机器人车体上，当需要使用应急救援模块500时可将其拼装在功能拼装模块使用，用于存储应急救援设备，用于接收主控制模块400传送的应急指令，用于根据应急指令进行应急救援。

功能拼装模块05：如图2所示，设置在智能机器人上，用于根据实际环境状况的需求将数据采集模块100、运动控制模块200和应急救援模块 500中的各功能模块进行组合，并通过设置在功能拼装模块05上的接口051 安装在功能拼装模块05上。

中央处理系统04：用于接收智能机器人03传送的实时状态数据，用于对实时状态数据进行分析并根据分析结果生成指令，用于将指令传送至智能机器人03。如图8所示，包括：

数据库模块041：用于存储故障信息、预警信息以及由中央处理系统 04汇总的更新信息；如图9所示，包括：

故障信息模块0411：用于存储隧道01的故障信息、故障分类信息、故障定位信息、故障评级信息和各故障阈值；

预警信息模块0412：用于存储隧道01的预警信息、预警分类信息、预警定位信息、预警评级信息和各预警阈值；

知识库模块042：用于存储隧道01内部各零部件和元器件使用寿命及磨损数据信息；

推理器模块043：用于将中央处理系统04传送来的故障信息或预警信息汇总结果分类更新至故数据库模块041和知识库模块042。

智能机器人03通过集电装置4取电供给电机，电机带动智能机器人 03沿着轨道02方向运动，数据采集模块100实时收集轨道交通系统基础设施的实时状态数据并将其传送至数据处理模块300，数据处理模块300 首先把数据采集模块100传送过来的数据分为正常数据、故障数据和预警数据，其中正常数据直接保存至数据库模块041，故障数据下发至故障诊断模块330进行分类、定位与评级并将故障分类信息、故障评级信息和故障定位信息传送中央处理系统04，预警信息下发至故障预警模块340进行分类、定位与评级并将预警分类信息、预警评级信息和预警定位信息传送至中央处理系统04，能够及时发现故障或故障隐患，节省安全检查的时间，提高安全检查的效率。主控制模块400将汇总的运动状态信息、故障信息、预警信息通过有线传送(或无线传送)至中央处理系统04，同时数据库模块041能够根据主控制模块400传送的故障信息和预警信息实现自动更新，并将更新后的结果作为下一次故障信息或预警信息判定、评级的依据，实现智能机器人03的智能化成长。

实施例1

在高速公路隧道内部，当智能机器人03在巡检过程中发现可疑异物时，扫描相机120将采集的数据传送至数据处理模块300进行分析并通过定位传感器220进行定位，数据处理模块300将故障分类信息、故障评级信息和故障定位信息传送中央处理系统04反馈至管理人员，同时数据库模块041将故障分类信息、故障评级信息和故障定位信息进场存储并实现自动更新。

实施例2

在高速公路隧道内部，当智能机器人03在巡检过程中发现可疑故障需要进一步确定时，中央处理系统04根据主控制模块400发送的故障信息向主控制模块400发送运动指令，主控制模块400再将运动指令发送至运动控制模块200，通过3D惯性测量单元210、电机驱动器230和陀螺仪240 来调节智能机器人03的运动状态(停止或减速)，对可疑故障信息进行进一步的判定，并将判定结果传送中央处理系统04反馈至管理人员。

实施例3

在高速公路内部，当智能机器人03在巡检过程中发现车辆运行速度异常时，如车辆行驶速度突然大幅降低，中央处理系统04根据主控制模块 400发送的故障信息向主控制模块400发送运动指令，主控制模块400再将运动指令发送至运动控制模块200，通过3D惯性测量单元210、电机驱动器230和陀螺仪240来调节智能机器人03的运动状态(停止或减速)，对可疑故障信息进行进一步的判定，并将判定结果传送中央处理系统04 反馈至管理人员。

实施例4

在海底隧道内部，当智能机器人03在巡检过程中发现异常热源时，温度采集装置150将热源的温度信息传送至数据处理模块300进行分析并通过定位传感器220进行定位，数据处理模块300将故障分类信息、故障评级信息和故障定位信息传送中央处理系统04反馈至管理人员，同时数据库模块041将故障分类信息、故障评级信息和故障定位信息进场存储并实现自动更新。

实施例5

在海底隧道内部，当需要对异常热源进行应急处理时，中央处理系统 04根据主控制模块400发送的故障信息向主控制模块400发送应急指令，运动控制模块200控制智能机器人03返回，工作人员在操作室将应急救援模块500中的灭火弹安装在功能拼装模块上，再通过运动控制模块200返回故障发生地点进行应急救援。

实施例6

在轨道交通系统隧道内部，当智能机器人03在巡检过程中发现隧道裂纹时，摄像头130将采集的数据传送至数据处理模块300进行分析并通过定位传感器220进行定位，数据处理模块300将故障分类信息、故障评级信息和故障定位信息传送中央处理系统04反馈至管理人员，同时数据库模块041将故障分类信息、故障评级信息和故障定位信息进场存储并实现自动更新。

实施例7

当需要对轨道交通系统隧道进行激光扫描时，工作人员在操作室将激光扫描装置110安装在功能拼装模块上，中央处理系统04通过运动指令控制运动控制模块200带动智能机器人03进行隧道扫描。

实施例8

当需要更换智能机器人03的执行任务时，提前将新的功能模块通过接口051安装在功能拼装模块05上，从智能机器人03上拆除原有的功能拼装模块05并按上新的功能拼装模块05既能执行新的任务。

以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出的任何修改、变化或等效，都将落入本实用新型的保护范围之内。