[發(fā)明專利]一種隧道施工斷面形態(tài)快速檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710266829.X
• 申請(qǐng)日: 2017-04-21
• 公開（公告）號(hào): CN107246848A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 榮耀;徐義標(biāo);姚旭朋;房丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江西省高速公路投資集團(tuán)有限責(zé)任公司;江西省交通科學(xué)研究院;上海亦古信息科技有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/24
• 分類號(hào): G01B11/24;G01C11/04
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所36111
• 代理人: 羅茶根

1.一種隧道施工斷面形態(tài)快速檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：包括數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)分析模塊；所述數(shù)據(jù)采集模塊由控制中心，調(diào)平控制中心，激光發(fā)射器（16）及其托架車（30）組成，所述調(diào)平控制中心包括操控部分，中央處理器（3），水平傳感器（21），壓力傳感器（10），F(xiàn)PGA（4），DCA（5），伺服驅(qū)動(dòng)器（6），伺服電機(jī)（7）及對(duì)稱分布于托駕車（30）底部?jī)蓚?cè)的升降腿（9）組成；激光發(fā)射器（16）采用燕尾槽（40）固定于托架車（30）前端；機(jī)頭（27）設(shè)于固定托架車（30）后端；所述操控部分包括控制面板（1）和軟件平臺(tái)（2）；所述數(shù)據(jù)分析模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存及后期內(nèi)業(yè)隧道圖像數(shù)據(jù)的拼接擬合與計(jì)算分析。

2.如權(quán)利要求1所述的隧道施工斷面形態(tài)快速檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述控制中心布設(shè)在機(jī)頭（27）內(nèi)，由運(yùn)行部分，操控部分，A/D轉(zhuǎn)換器（14），F(xiàn)PGA（4），DCA（5），中央處理器（3），伺服驅(qū)動(dòng)器（6）組成；所述運(yùn)行部分由相機(jī)群（8）、激光發(fā)射器（16）和升降腿（9）組成；所述相機(jī)群（8）固定于機(jī)頭（27）前表面，通過數(shù)據(jù)線（25）與機(jī)頭（27）內(nèi)的伺服驅(qū)動(dòng)器（6）連接，驅(qū)動(dòng)相機(jī)群（8）進(jìn)行圖像拍攝。

3.如權(quán)利要求1或2所述的隧道施工斷面形態(tài)快速檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述相機(jī)群（8）為廣角定焦鏡頭。

4.如權(quán)利要求1或2所述的隧道施工斷面形態(tài)快速檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述相機(jī)群（8）相對(duì)于裝置中線對(duì)稱布置，且相機(jī)之間采取夾角相同的陣列式布置方式，所述機(jī)頭（27）前側(cè)布置有一個(gè)與機(jī)頭同心的可拆卸的扇形的固定架（19），固定架（19）和機(jī)頭（27）連接，架腳長(zhǎng)度不小于相機(jī)群（8）厚度。

5.如權(quán)利要求1所述的隧道施工斷面形態(tài)快速檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述調(diào)平控制中心通過中央處理器（3）指令的下達(dá)，同時(shí)獲取水平傳感器（21）、壓力傳感器（10）反饋的數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)（7）及升降腿（9）發(fā)生動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)平。

6.如權(quán)利要求1所述的隧道施工斷面形態(tài)快速檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述固定托架車（30）后部?jī)蓚?cè)設(shè)有扶手（28），車輪（31），所述車輪（31）采用萬向輪，方便檢測(cè)過程中整體裝置的移動(dòng)。

7.一種隧道施工斷面形態(tài)快速檢測(cè)方法，包括權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的隧道施工斷面形態(tài)快速檢測(cè)系統(tǒng)，其步驟如下：

a、在隧道外將檢測(cè)系統(tǒng)完成組裝，選擇所需檢測(cè)的斷面地點(diǎn)：在隧道底板（39）量取斷面寬度，確定中點(diǎn)位置，定為標(biāo)志點(diǎn)，沿隧道走向隔一段距離重復(fù)步驟選取另一標(biāo)志點(diǎn)，通過兩點(diǎn)一線原理確定隧道軸線位置，以機(jī)頭處工業(yè)定焦相機(jī)群（8）視場(chǎng)軸心為準(zhǔn)正對(duì)地面一標(biāo)志點(diǎn)，托架車前進(jìn)方向照準(zhǔn)另一標(biāo)志點(diǎn)，令托架車前梁的激光發(fā)射器（16）處于兩標(biāo)志點(diǎn)的連線上；

b、控制升降腿：通過觸控顯示屏（12）輸入架設(shè)指令至中央處理器（3），經(jīng)過處理器的數(shù)模轉(zhuǎn)換功能使得命令流被識(shí)別，通過驅(qū)動(dòng)器（6）控制升降腿（9）落地，通過壓力傳感器（10）對(duì)四條升降腿（9）承載力的的反饋以及通過觸控顯示屏（12）監(jiān)控升降腿（9）的落地情況，防止升降腿（9）產(chǎn)生虛腿現(xiàn)象，為下一步系統(tǒng)的調(diào)平做準(zhǔn)備；

c、系統(tǒng)調(diào)平：通過觸控顯示屏（12）輸入調(diào)平指令至中央處理器（3），中央處理器（3）通過水平傳感器（21）與壓力傳感器（10）反饋的檢測(cè)系統(tǒng)傾斜度和四個(gè)升降腿（9）的承載力大小，按照編程驅(qū)動(dòng)各升降腿（9）的升高，并在感應(yīng)系統(tǒng)完成水平調(diào)試后鎖定升降腿（9）高度，保證檢測(cè)過程中上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，此時(shí)調(diào)整工作完畢，開始檢測(cè)；

d、數(shù)據(jù)采集：通過控制面板（1）上的開關(guān)（11）開啟采集設(shè)備，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備開啟及連接狀況，連接成功后會(huì)在控制面板（1）的觸控顯示屏（12）上出現(xiàn)：系統(tǒng)已檢測(cè)到x臺(tái)相機(jī)，系統(tǒng)已檢測(cè)到激光發(fā)射器（16）；激光發(fā)射器（16）通過發(fā)射環(huán)形激光束與所檢測(cè)隧道相交，交線即實(shí)際的隧道開挖斷面輪廓，中央處理器（3）處理所輸入圖像采集命令，通過伺服驅(qū)動(dòng)器（6）驅(qū)動(dòng)相機(jī)群（8）一次性對(duì)環(huán)形激光交線進(jìn)行拍攝采集，并將采集到的圖像信息通過A/D轉(zhuǎn)換器（14）轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的數(shù)字碼，并將該檢測(cè)斷面的信息存儲(chǔ)，待采集工作完成后從控制面板（1）的USB接口處拷取數(shù)據(jù)留用內(nèi)業(yè)后處理的圖像分析；

e、在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析：按照灰度范圍提取原始圖像中的激光像素點(diǎn)，與基于該架構(gòu)事先標(biāo)定的坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行圖像比對(duì)，求取相對(duì)坐標(biāo)值，通過計(jì)算機(jī)的反解碼功能將數(shù)據(jù)重新轉(zhuǎn)換為圖形，形成虛擬坐標(biāo)下的數(shù)據(jù)點(diǎn)云圖，將由相機(jī)群（8）分別形成的數(shù)據(jù)點(diǎn)云圖進(jìn)行分區(qū)擬合和拼接，剔除重復(fù)和無效的像素點(diǎn)，過濾冗雜信息，最終得到完整的檢測(cè)隧道的實(shí)際斷面輪廓圖；

f、最后，與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)斷面對(duì)比，進(jìn)行隧道圍巖變形及施工中的超欠挖情況判斷。