[發(fā)明專利]一種基于機(jī)器視覺的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)及調(diào)查方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110281700.9
• 申請(qǐng)日: 2011-09-21
• 公開（公告）號(hào): CN102435173A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉英;楊新銳;張智明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京市市政工程研究院
• 主分類號(hào): G01C11/00
• 分類號(hào): G01C11/00
• 代理公司: 北京中建聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 11004
• 代理人: 朱麗巖;白云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道病害調(diào)查技術(shù)，尤其涉及一種基于機(jī)器視覺的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)，應(yīng)用于隧道病害的檢測(cè)。

背景技術(shù)

近年來，我國已建成的各種公路、鐵路、水底和地鐵隧道不同程度地出現(xiàn)襯砌裂縫、變形以及滲漏水等病害。病害的存在會(huì)影響交通質(zhì)量，威脅到隧道內(nèi)行車安全，造成安全事故，亟需科學(xué)、有效的分析與研究方法，分析評(píng)估病害產(chǎn)生對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)安全和使用性能造成的影響，為病害治理方法與對(duì)策提供依據(jù)。防治隧道病害的前提是對(duì)隧道病害的種類、分布和程度進(jìn)行詳細(xì)而全面的調(diào)查，通過對(duì)病害的系統(tǒng)調(diào)查可以為隧道的健康診斷提供依據(jù)。

目前我國對(duì)隧道的病害調(diào)查主要采用的是人工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查方法，這種方法需要調(diào)查人員在隧道內(nèi)對(duì)隧道的健康狀況進(jìn)行調(diào)查，包括對(duì)隧道裂縫、變形和滲漏水處的位置、長(zhǎng)度、寬度和面積進(jìn)行測(cè)量記錄，并對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、歸類和存檔，最后根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)隧道病害進(jìn)行評(píng)價(jià)。這種人工調(diào)查的方法在作業(yè)時(shí)往往會(huì)影響隧道的正常運(yùn)營(yíng)、調(diào)查方法高耗而且低效、在調(diào)查過程中往往帶有很大的危險(xiǎn)性、而且調(diào)查時(shí)的測(cè)量方法和讀取數(shù)據(jù)存在人為的主觀因素，數(shù)據(jù)的可靠性和完備性有限。

對(duì)于裂縫的檢測(cè)和識(shí)別，現(xiàn)有的方法有激光掃描法和圖像識(shí)別法。這兩種方法目前主要應(yīng)用在公路路面的裂縫識(shí)別。激光掃描法是通過激光掃描器發(fā)出激光掃描路面，然后光接收器以一定角度接收從路面發(fā)射回來的光，當(dāng)被掃描的路面出現(xiàn)裂縫時(shí)，裂縫會(huì)使到達(dá)的激光散射或者折射，光接收器接收的反射光的強(qiáng)度就會(huì)減少，因此可以根據(jù)光接收器輸出的反射光強(qiáng)度的變化，確定路面是否存在裂縫。這種方法的缺點(diǎn)是周圍的光線環(huán)境對(duì)檢測(cè)的精度影響大，在白天時(shí)激光的反射會(huì)受到太陽光的影響，所以一般在夜間作業(yè)，給檢測(cè)人員帶來不便，并且在檢測(cè)過程中需要人工地進(jìn)行裂縫的標(biāo)注和評(píng)價(jià)，效率低下。而圖像識(shí)別法則是通過檢測(cè)車上的攝像機(jī)獲取路面的圖像并將圖像發(fā)送到計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)路面的圖像進(jìn)行預(yù)處理，得到只含路面背景和裂縫的圖像，然后再利用相應(yīng)的識(shí)別算法確定路面是否存在裂縫，以及對(duì)裂縫進(jìn)行定位。

這種方法的缺點(diǎn)是檢測(cè)的結(jié)果取決于圖像的成像質(zhì)量和識(shí)別算法的可靠性，攝像機(jī)的成像需要高亮度的光照條件，成像容易受到檢測(cè)車的震動(dòng)和速度的影響，而且需要人工對(duì)每一幅圖像進(jìn)行標(biāo)注和分類統(tǒng)計(jì)處理，所以無法實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫的全自動(dòng)實(shí)時(shí)處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于機(jī)器視覺的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)及調(diào)查方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道常見病害的定期快速調(diào)查，使調(diào)查過程安全快速、全自動(dòng)實(shí)時(shí)處理、且不影響隧道的正常運(yùn)營(yíng)。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)，其特征在于，裝置于一調(diào)查承載車上，包括：

機(jī)器視覺子系統(tǒng)，用于利用CCD攝像機(jī)對(duì)待調(diào)查對(duì)象－隧道表面進(jìn)行采像，獲取待調(diào)查對(duì)象的圖像數(shù)據(jù)后傳輸至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；

激光測(cè)距子系統(tǒng)，用于通過激光測(cè)距方法測(cè)量機(jī)器視覺子系統(tǒng)采集的圖像的成像距離；

光電測(cè)速子系統(tǒng)，用于運(yùn)用光電測(cè)速方法對(duì)調(diào)查承載車的行駛速度進(jìn)行非接觸式測(cè)量，提供采集圖像在隧道中的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)；

控制子系統(tǒng)，用于控制激光測(cè)距子系統(tǒng)、光電測(cè)速子系統(tǒng)，接收并將激光測(cè)距子系統(tǒng)、光電測(cè)速子系統(tǒng)獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，同時(shí)觸發(fā)機(jī)器視覺子系統(tǒng)采集圖像傳輸至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；

數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，用于調(diào)用控制子系統(tǒng)傳來的測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)器視覺子系統(tǒng)獲取的圖像進(jìn)行處理，進(jìn)行災(zāi)害快速識(shí)別統(tǒng)計(jì)；

電源子系統(tǒng)，用于統(tǒng)一為上述各個(gè)子系統(tǒng)提供工作所需穩(wěn)定電壓。

所述機(jī)器視覺子系統(tǒng)包括光學(xué)鏡頭、CCD面陣攝像機(jī)以及為所述CCD面陣攝像機(jī)成像提供光源的照明燈，還包括：

圖像采集模塊，用于將所述CCD面陣攝像機(jī)采集的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理；

圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸模塊，用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)處理的圖像，并將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。

所述調(diào)查承載車包括輪子和圓弧形車體，圓弧形車體外表面分布有機(jī)器視覺子系統(tǒng)、激光測(cè)距子系統(tǒng)以及光電測(cè)速子系統(tǒng)，機(jī)器視覺子系統(tǒng)中包括亮度固定的照明燈，圓弧形車體內(nèi)置有控制子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和電源子系統(tǒng)。

所述光電測(cè)速子系統(tǒng)安裝在調(diào)查承載車的圓弧形車體下方、與地面相對(duì)的位置處；所述照明燈、機(jī)器視覺子系統(tǒng)、激光測(cè)距子系統(tǒng)每三個(gè)組成一組，在調(diào)查承載車的圓弧形車體表面的各個(gè)方向均勻分布。

一種應(yīng)用所述基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道病害快速調(diào)查系統(tǒng)的調(diào)查方法，其特征是在于步驟流程如下：