[發明專利]適用于隧道施工期超前地質預報數據采集系統及方法

在審

• 申請號: 201811020977.4
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN109375275A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 李術才;孔凡猛;薛翊國;李廣坤;蘇茂鑫;邱道宏;周炳樺;公惠民
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01V3/12
• 分類號: G01V3/12;G01V8/10;H04N7/18
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

1.一種適用于隧道施工期超前地質預報數據采集系統，其特征是：包括數據采集、傳輸系統和數據接收、存儲系統，其中：

所述數據、傳輸采集系統以爬壁機器人為載體，包括高清攝像頭、三維激光掃描模塊、地質雷達天線模塊、無線數據傳輸模塊以及遠程控制模塊；

所述遠程控制模塊遠程控制爬壁機器人進行移動，到達指定地點進行采集；

所述高清攝像頭，被配置為進行現場拍照和攝像；所述三維激光掃描模塊與高清攝像頭配合，被配置為自動采集掌子面巖體結構面參數信息；

所述地質雷達天線模塊將高頻短脈沖電磁波定向送入隧道圍巖，電磁波在傳播過程中遇到存在電性差異的地層或目標體就會發生反射和透射，接收天線收到反射波信號并將其數字化，實現雷達數據采集；

所述無線數據傳輸模塊以無線傳輸的方式將現場采集的數據傳輸至所述數據接收、存儲系統進行存儲。

2.如權利要求1所述的一種適用于隧道施工期超前地質預報數據采集系統，其特征是：所述數據接收、存儲系統以電腦主機為載體，包括照片、視頻存儲模塊、三維激光掃描數據預處理及存儲模塊、地質雷達反射波數據存儲模塊，所述照片、視頻存儲模塊在接收高清攝像頭采集的照片、視頻數據后，將其存儲在電腦中；所述三維激光掃描數據存儲模塊在接收三維激光掃描與高清攝像頭結合采集的巖體結構面參數點云數據后，將其預處理并存儲；所述地質雷達反射波數據存儲模塊將接收的隧道圍巖反射波數據存儲在電腦主機中。

3.如權利要求1所述的一種適用于隧道施工期超前地質預報數據采集系統，其特征是：所述高清攝像頭與三維激光掃描模塊相互配合，地質雷達天線模塊單獨工作，實現隧道內圍巖及掌子面地質數據自動采集與傳輸。

4.如權利要求1所述的一種適用于隧道施工期超前地質預報數據采集系統，其特征是：所述三維激光掃描模塊為脈沖式三維激光掃描方式，可遠程獲取結構面三維信息，無需接觸隧道圍巖及掌子面。

5.如權利要求1所述的一種適用于隧道施工期超前地質預報數據采集系統，其特征是：所述地質雷達天線模塊包括發射天線和接收天線，變頻發射天線具備主頻變換功能，將高頻短脈沖電磁波定向送入掌子面前方巖體，電磁波在傳播過程中遇到存在電性差異的地層或目標體就會發生反射和透射，接收天線收到反射波信號并將其數字化。

6.如權利要求1所述的一種適用于隧道施工期超前地質預報數據采集系統，其特征是：所述無線數據傳輸模塊采用無線傳輸的方式，實時將采集的隧道地質信息傳輸至數據存儲系統內。

7.如權利要求1所述的一種適用于隧道施工期超前地質預報數據采集系統，其特征是：所述遠程控制模塊能夠實現遠程控制爬壁機器人移動，進行隧道內掌子面、洞壁及拱頂不同部位的地質雷達掃描。

8.如權利要求1所述的一種適用于隧道施工期超前地質預報數據采集系統，其特征是：所述三維激光掃描數據預處理及存儲模塊在接收采集的巖體結構面點云數據后，首先進行降噪處理，隨后進行拼接及坐標轉換，并將預處理數據存儲，用以后期數據分析。

9.基于如權利要求1-8中任一項所述的系統的工作方法，其特征是：包括以下步驟：

步驟1：隧道與地下工程開挖后，爬壁機器人進場工作，首先使用高清攝像頭進行現場拍攝，采集高清照片，并同時全程錄像；

步驟2：通過遠程控制模塊操控爬壁機器人移動至機械擾動小于設定值的位置，開啟三維激光掃描模塊，進行巖體結構面數據采集；

步驟3：爬壁機器人移動至掌子面進行地質雷達掃描，獲取掌子面前方不良地質體信息，并移動至洞壁及拱頂進行掃描，獲取圍巖地質數據；

步驟4：將數據采集系統獲取的數據利用無線傳輸模塊實時傳至數據接收、存儲系統。

10.如權利要求9所述的工作方法，其特征是：數據采集時應選擇擾動小于設置值的地方進行，照片、視頻和三維激光掃描數據采集應避免在爆破后浮塵度超過設定范圍時進行。