[發明專利]一種可調節隧道病害三維檢測系統

有效

• 申請號: 202010537816.3
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111855664B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 周麗軍;續宏;梁玉榮;劉博;蘭建麗;吳宏濤;洪小剛;于小鵬;李永勝;柴輝照;孫貝;霍尚斌
• 申請（專利權）人: 山西省交通科技研發有限公司;山西交通控股集團有限公司;山西省公路局太原分局
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01B11/24;G01S19/42;G01B21/02
• 代理公司: 北京太兆天元知識產權代理有限責任公司 11108
• 代理人: 易衛

本發明公開了一種可調節隧道病害三維檢測系統，包括結隧道表觀病害采集裝置、機械本體結構、數據存儲與處理裝置。隧道表觀病害采集裝置由結構光激光采集系統與圖像采集系統構成，完成隧道表觀病害的深度信息采集和隧道表觀病害的二維平面信息采集；機械本體結構用于實現檢測系統的機械運動功能；數據存儲與處理裝置對采集圖像進行預處理、拼接、融合等處理并輸出。本發明采用結構光與相機融合方式實現了隧道表觀病害的三維檢測，并通過圖像預處理、圖像拼接矯正、多源數據融合等信號處理技術解決了現有隧道表觀病害無法體現病害深度的問題。

技術領域

本發明屬于隧道安全檢測技術領域，特別涉及一種可調節隧道病害三維檢測系統，主要利用結構光與數字相機檢測隧道內壁表觀病害的三維檢測與數據處理。

背景技術

公路隧道在運營階段由于各種因素會出現襯砌裂縫，裂縫會降低混凝土的承載力、防水性和耐久性，甚至會導致混凝土發生掉塊，影響行車安全。《公路隧道養護技術規范》JTG_H12-2015相比2003年版本明確提出了“預防為主、防治結合”的工作原則，要求加強預防性養護。預防性養護對于降低隧道全壽命周期成本、提高設施耐久性和使用壽命起到重要作用，同時也是節約資源、保護環境的直接體現。在隧道結構檢查工作中從檢查內容和頻率出發，將日常巡查從日常檢查中分離出來，將日常檢查調整為經常檢查，且第四章規定經常檢查宜采用人工與信息化手段相結合的方式，一級、二級、三級養護等級公路檢查頻率分別為1次/月、1次/2月、1次/3月，體現了養護分級的理念。公路隧道襯砌裂縫評定狀況如表1和表2所示，當經常檢查中發現重要結構分項技術狀況評定狀況值為3或4時，應立即開展定期檢查。表中的裂縫主要以水平方向的裂縫和剪斷裂縫為對象，對于橫向裂縫，評定狀況值相應的降低1個等級即可。當寬為0.3-0.5mm以上的裂縫，其分布面積大于200cm/m2時，可升高一個評定等級或者采用判定中分類較高的判定。

目前絕大部分的裂縫檢測方法采用二維圖像分析技術。由于隧道襯砌的多紋理性、裂縫的多樣性、圖像光強的多變性等特點，單純的依靠二維灰度圖像分析方法很難將襯砌油漬、陰影、機械劃痕與實際裂縫相區分。從后期處理算法方面考慮，一些裂縫自動檢測算法還存在不完善之處，后期的數據處理仍然是采用人機結合甚至完全人工的方式，效率低、主觀性強。長期以來，國內外相關領域學者一致致力于裂縫自動檢測相關技術的研究，但大部分的研究工作都只是在圖像質量好、路面病害簡單且特征明顯的情況下，缺乏真正實用、行之有效的自動檢測方法。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種可調節隧道病害三維檢測系統，解決現有技術中隧道檢測的二維相機圖像中光強、污漬干擾多，可用信息少，病害自動檢測與識別效率低等問題，通過增加一維深度信息獲得病害信號的豐富特征，進而提供一種能獲得裂縫、坑洼等病害三維客觀實體的表觀病害檢測技術，通過增加結構光傳感器獲取病害的深度信息，結合數字相機測得的平面信息能有效提供病害的三維表征信息。同時提供一種結構光圖像與相機圖像融合的數據處理技術，實現隧道表觀病害的三維數字化呈現。

技術方案如下：

一種可調節隧道病害三維檢測系統，包括結隧道表觀病害采集裝置、機械本體結構和數據存儲與處理裝置，其中：

1)隧道表觀病害采集裝置由結構光激光采集系統與圖像采集系統構成，

用于采集隧道表觀病害的深度信息的結構光激光采集系統包括結構光激光光源和結構光激光器，結構光激光器、面陣相機和目標構成三角形，結構光激光器發射平面與面陣相機接收中心高度相同，結構光激光器將激光通過圓柱透鏡擴束發射出去，遇到起伏的目標激光線條發生變形，面陣相機的捕獲獲得激光照射目標形成的光柵獲取對應目標輪廓線的信息；

用于采集隧道表觀病害的二維平面信息的圖像采集裝置由數字相機、鏡頭和圖像數據采集卡組成，數字相機采集黑白圖像，鏡頭調整焦距、景深和視場，圖像數據采集卡與千兆網卡連接，通過PCI接口實現CameraLink傳輸；