[發明專利]用于隧道斷面變形的自動監測裝置

有效

• 申請號: 202110349552.3
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113074694B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 趙智輝;馬代輝;張二鋒;楊金虎;吳建
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32;G01C7/06;G08B21/18
• 代理公司: 重慶強大凱創專利代理事務所(普通合伙) 50217
• 代理人: 冉劍俠

1.用于隧道斷面變形的自動監測裝置，其特征在于：包括路段滑軌、移動單元、采集單元和處理單元；

路段滑軌有多組，路段滑軌固定在隧道內壁，路段滑軌上固設有位置標識；移動單元的數量與路段滑軌的數量相等，移動單元分別與路段滑軌滑動連接；采集單元固定在移動單元上；處理單元用于按照預存的移動路徑和移動時間控制移動單元移動，還用于控制采集單元采集隧道斷面的形狀掃描點及對應位置區域的位置標示；

處理單元還用于根據采集的隧道掃描點進行橢圓擬合，并根據位置標示得到掃描位置，得到對應位置的截面方程并進行存儲；處理單元還用于根據截面方程與對應位置的歷史數據進行比對，進行截面變形分析，還用于在截面變形分析的結果為存在異常時，生成異常信息；

還包括環境采集單元，環境采集單元包括設置在隧道洞口外的第一溫度傳感器，均勻設置在隧道內壁上的第二溫度傳感器、濕度傳感器和應力傳感器；

采集單元包括激光掃描儀、激光測距儀、傾角傳感器及攝像頭；激光掃描儀和激光測距儀用于掃描隧道斷面的形狀并得到隧道形狀掃描點；傾角傳感器用于采集傾角角度；攝像頭用于采集位置標示；

采集單元還用于采集隧道的內壁圖像數據；處理單元還用于根據隧道的內壁圖像數據分析是否存在水滴面，隧道的內壁上存在水滴面，水滴面會使激光測距儀的發射光路發生反射及折射，對于測距數據的影響很大，導致變形分析存在問題；當分析結果為存在時，結合對應的位置標示，調取對應區域的第二溫度傳感器、濕度傳感器的采集數據，以及第一溫度傳感器的采集數據，判斷水滴面是否為冷凝水；當分析結果為是冷凝水時，處理單元發出冷凝水處理信號；

當分析結果為不是冷凝水時，處理單元還用于調取對應區域的應力傳感器的采集數據，進行壁面開裂分析，若分析結果為存在開裂，則生成加固信號；若分析結果為不存在開裂，則處理單元生成探查信號。

2.根據權利要求1所述的用于隧道斷面變形的自動監測裝置，其特征在于：處理單元根據掃描點進行橢圓擬合時，先以隧道中線為原點，建立地鐵隧道斷面的直角坐標系，再根據傾角數據及掃描點數據，得到坐標偏移角及所有掃描點直角坐標系下的坐標，之后通過橢圓擬合算法進行曲線擬合，得到符合誤差要求的隧道斷面的形狀參數。

3.根據權利要求2所述的用于隧道斷面變形的自動監測裝置，其特征在于：處理單元通過橢圓擬合算法進行曲線擬合時，先根據所有掃描點在直角坐標系下的坐標，進行基本擬合得到隧道斷面的初始橢圓方程，求取所有掃描點在初始橢圓方程上的正交相關點后，通過迭代求解優化后的橢圓方程，再求取優化后的橢圓方程的擬合參數，并將優化后的橢圓方程作為隧道斷面的形狀參數。

4.根據權利要求3所述的用于隧道斷面變形的自動監測裝置，其特征在于：處理單元通過迭代求解優化后的橢圓方程時，通過坐標變換得到正交相關點在自然坐標系下的坐標后，利用正交相關點，根據最小幾何距離條件，通過迭代求取優化后的橢圓方程上的點坐標；根據該點坐標進行橢圓擬合得到優化后的橢圓方程。

5.根據權利要求4所述的用于隧道斷面變形的自動監測裝置，其特征在于：每個采集單元中激光測距儀的數量為3—6個。

6.根據權利要求1所述的用于隧道斷面變形的自動監測裝置，其特征在于：還包括警報單元，用于處理單元生成異常信息時，發出警報。

7.根據權利要求1所述的用于隧道斷面變形的自動監測裝置，其特征在于：處理單元還用于在截面變形分析的結果為存在異常時，分析異常類型。