專利名稱：一種車載式地鐵隧道病害數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，尤其是涉及一種車載式地鐵隧道病害數(shù)據(jù)自動化米集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著隧道運營時間的增長，幾乎所有的隧道結(jié)構(gòu)都暴露出不同程度的病害，主要包括以下幾類滲漏、襯砌腐蝕、襯砌裂損、隧道凍害等，影響運營的安全。為及時掌握隧道病害的發(fā)生和發(fā)展情況，隧道運營維護和管理部門通常采用定期或?qū)ｍ椀牟『φ{(diào)查活動，收集隧道結(jié)構(gòu)的病害信息，基于收集的隧道病害信息進行維護決策。雖然目前自動化、信息化、數(shù)字化的病害調(diào)查設(shè)備和方法逐步得到重視和應用，但由于隧道環(huán)境的特殊性及各類技術(shù)應用的局限性，自動化的病害信息采集方法往往難以獲取精度較高的病害信息，從而影響先進的隧道病害信息采集儀器設(shè)備的推廣。目前采用較多的地鐵隧道病害檢測方式仍然是現(xiàn)場人工檢測，配合常用的儀器設(shè)備，如鋼尺、游標卡尺、裂縫測深儀、裂縫測寬儀等，人工書面記錄調(diào)查信息。傳統(tǒng)的人工定期檢測法，不僅效率不高，耗費人力、物力大；對于前期病害現(xiàn)象也很難發(fā)現(xiàn)，無法保證盾構(gòu)隧道長期安全運行；另外，由于部分病害無法獲取詳細的幾何形狀信息，造成病害信息的失真或者丟失。因此，迫切需要開發(fā)一種地鐵隧道病害檢測系統(tǒng)，以達到病害信息快速、準確的采集，提高病害檢測工作的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種信息采集準確、提高病害檢測工作效率的車載式地鐵隧道病害數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)—種車載式地鐵隧道病害數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)，該裝置安裝于車輛頂部，該裝置包括圖像采集裝置、測距儀、電機組件、中控主板、蓄電池電源、照明裝置、安裝支架、編碼器、主控計算機和平板車，所述的中控主板分別連接圖像采集裝置、測距儀、電機組件、編碼器和主控計算機，所述的電機組件與測距儀連接，所述的照明裝置與蓄電池電源連接，所述的安裝支架和照明裝置設(shè)在平板車上；平板車每行駛設(shè)定的距離后，中控主板控制圖像采集裝置實時采集地鐵隧道圖像，電機組件帶動測距儀測量圖像采集裝置的實時位置并記錄，編碼器計算平板車的行駛距離，并采集當前圖像采集裝置的縱向定位數(shù)據(jù)，中控主板讀取測距儀和編碼器中的數(shù)據(jù)后送往主控計算機，照明裝置用于圖像采集裝置采集圖像時的照明。所述的圖像采集裝置包括六臺相機，所述的六臺相機成一定角度安裝，每臺相機的視角大于45度。所述的中控主板包括圖像采集控制模塊、電機驅(qū)動控制模塊、測距儀數(shù)據(jù)采集控制模塊、編碼器數(shù)據(jù)采集模塊、主控模塊、平板車控制模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊和電源模塊，所述的主控模塊分別連接圖像采集控制模塊、電機驅(qū)動控制模塊、測距儀數(shù)據(jù)采集控制模塊、編碼器數(shù)據(jù)采集模塊、平板車控制模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊和電源模塊，所述的圖像采集控制模塊與圖像采集裝置連接，所述的電機驅(qū)動控制模塊與電機組件連接，所述的測距儀數(shù)據(jù)采集控制模塊與測距儀連接，所述的編碼器數(shù)據(jù)采集模塊與編碼器連接，所述的平板車控制模塊與平板車連接。所述的電源模塊包括采集板供電模塊、測距儀電源接口和主控板電源模塊，所述的采集板供電模塊與圖像采集裝置連接，所述的測距儀電源接口與測距儀連接，所述的主控板電源模塊包括電池電源和電量檢測單元。所述的數(shù)據(jù)通訊模塊包括USB接口或RJ45接口。所述的電機組件包括相連接的電機和電機驅(qū)動板，所述的電機與測距儀連接，所述的電機驅(qū)動板與中控主板連接。所述的電機為兩相混合式步進電機，所述的電機驅(qū)動板為16細分的驅(qū)動板。所述的測距儀為激光測距儀，所述的編碼器為增量式光電編碼器。所述的安裝支架包括安裝臺、電機固定支架、相機安裝支架和測距儀固定支架，所述的電機固定支架和相機安裝支架設(shè)置在安裝臺上，所述的測距儀固定支架設(shè)置在電機固定支架上。所述的照明裝置為無影燈照明。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(I)通過本發(fā)明可自動化地對地鐵隧道病害信息進行采集，提高了病害檢測工作的效率；(2)本發(fā)明采用六臺相機進行拍照，同時運用測距儀和編碼器進行定位，病害信息采集快速、準確。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明相機的安裝示意圖；圖3為本發(fā)明中控主板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明中安裝支架的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例如圖1所示，一種車載式地鐵隧道病害數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)，該裝置安裝于車輛頂部，該裝置包括圖像采集裝置1、測距儀2、電機組件、中控主板5、蓄電池電源7、照明裝置
8、安裝支架9、編碼器4、主控計算機6和平板車10，所述的中控主板5分別連接圖像采集裝置1、測距儀2、電機組件、編碼器4和主控計算機6，所述的電機組件與測距儀2連接，所述的照明裝置8與蓄電池電源7連接，所述的安裝支架9和照明裝置8設(shè)在平板車10上。平板車10每行駛設(shè)定的距離后，中控主板5控制圖像采集裝置I實時采集地鐵隧道圖像，電機組件帶動測距儀2測量圖像采集裝置I的實時位置并記錄，編碼器4計算平板車的行駛距離，并采集當前圖像采集裝置I的縱向定位數(shù)據(jù)，中控主板5讀取測距儀2和編碼器4中的數(shù)據(jù)后送往主控計算機6，照明裝置8用于圖像采集裝置I采集圖像時的照明。圖像采集裝置I包括六臺相機，本實施例中的相機采用佳能的E0S60D，鏡頭采用佳能的18-135鏡頭。相機的電源由中控主板接入，拍照也通過中控主板控制，通過中控主板控制六臺相機的同時拍照，實現(xiàn)對隧道同一位置的270度范圍的覆蓋。相機拍照的照片暫時保存在相機的內(nèi)存卡中，一個區(qū)段的采集任務(wù)完成后再下載到計算機的硬盤中。每個相機有不同的ID標識，系統(tǒng)初始化時要獲取這個參數(shù)，用于下載照片時區(qū)分哪一臺相機的照片。所述的六臺相機成一定角度安裝，如圖2所示，六臺相機安裝的角度分別為337. 5度、22. 5度、67. 5度、112. 5度、157. 5度和202. 5度，每臺相機的視角大于45度。所述的電機組件包括相連接的電機31和電機驅(qū)動板32，所述的電機31與測距儀2連接，所述的電機驅(qū)動板32與中控主板5連接。本實施例中，所述的電機31為兩相混合式步進電機，主要來用實現(xiàn)測距儀的掃描測距；所述的電機驅(qū)動板32采用16細分的驅(qū)動板，一般兩相混合式步進電機的步距角為1. 8度，采用16細分后，步距角為1. 8度/16等于O. 1125度，可以滿足變形測距掃描的需要。本實施例中，測距儀2采用MSE-D150激光測距儀(LDM42)，用來對隧道進行270度旋轉(zhuǎn)測距。單測距數(shù)據(jù)用于計算拍照距離間隔時，只需要測O度、90度和180度等三個位置的距離，單測距數(shù)據(jù)用于計算隧道變形時，測距的角度有程序設(shè)定(每個測距點的角度間隔為O. 1125度的倍數(shù))。測距儀的工作方式由計算機設(shè)定，測距數(shù)據(jù)經(jīng)中控主板5讀取后送往中控計算機6。 本實施例中，編碼器4為增量式光電編碼器，主要用于平板車行駛距離的計算和縱向定位，中控主板5根據(jù)設(shè)定的拍照距離間隔，通過對平板車行駛距離的計算實現(xiàn)縱向定位拍照，并保存當前拍照的縱向定位數(shù)據(jù)。如圖3所示，中控主板5包括圖像采集控制模塊51、電機驅(qū)動控制模塊52、測距儀數(shù)據(jù)采集控制模塊53、編碼器數(shù)據(jù)采集模塊54、主控模塊55、平板車控制模塊510、數(shù)據(jù)通訊模塊56和電源模塊，所述的主控模塊55分別連接圖像采集控制模塊51、電機驅(qū)動控制模塊52、測距儀數(shù)據(jù)采集控制模塊3、編碼器數(shù)據(jù)采集模塊54、平板車控制模塊510、數(shù)據(jù)通訊模塊56和電源模塊，所述的圖像采集控制模塊51與圖像采集裝置I連接，所述的電機驅(qū)動控制模塊52與電機組件連接，所述的測距儀數(shù)據(jù)采集控制模塊53與測距儀2連接，所述的編碼器數(shù)據(jù)采集模塊54與編碼器4連接，所述的平板車控制模塊510與平板車10連接。中控主板5可通過平板車控制模塊510實現(xiàn)平板車的啟動、停止、暫停和繼續(xù)行駛等操作。所述的電源模塊包括采集板供電模塊57、測距儀電源接口 58和主控板電源模塊59，所述的采集板供電模塊57與圖像采集裝置I連接，所述的測距儀電源接口 58與測距儀2連接，所述的主控板電源模塊59包括電池電源和電量檢測單元。所述的數(shù)據(jù)通訊模塊56包括USB接口或RJ45接口。所述的主控模塊55包括FPGA和 MCU。如圖4所示，安裝支架包括安裝臺91、電機固定支架92、相機安裝支架93和測距儀固定支架94，所述的電機固定支架92和相機安裝支架93設(shè)置在安裝臺上，所述的測距儀固定支架94設(shè)置在電機固定支架92上。主控計算機6是整個采集系統(tǒng)的控制中心，負責系統(tǒng)的初始化、數(shù)據(jù)的采集和保存、異常報警以及人機交互等工作。主控計算機6與中控主板5的連接通過串口或USB接口或RJ45接口，與相機的連接通過USB接口。照明裝置8為無影燈照明，作為相機拍照時的燈光，通過蓄電池電源單獨供電。
權(quán)利要求
1.一種車載式地鐵隧道病害數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)，該裝置安裝于車輛頂部，其特征在于，該裝置包括圖像采集裝置、測距儀、電機組件、中控主板、蓄電池電源、照明裝置、安裝支架、編碼器、主控計算機和平板車，所述的中控主板分別連接圖像采集裝置、測距儀、電機組件、編碼器和主控計算機，所述的電機組件與測距儀連接，所述的照明裝置與蓄電池電源連接，所述的安裝支架和照明裝置設(shè)在平板車上； 平板車每行駛設(shè)定的距離后，中控主板控制圖像采集裝置實時采集地鐵隧道圖像，電機組件帶動測距儀測量圖像采集裝置的實時位置并記錄，編碼器計算平板車的行駛距離，并采集當前圖像采集裝置的縱向定位數(shù)據(jù)，中控主板讀取測距儀和編碼器中的數(shù)據(jù)后送往主控計算機，照明裝置用于圖像采集裝置采集圖像時的照明。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種車載式地鐵隧道病害數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)，其特征在于，所述的圖像采集裝置包括六臺相機，所述的六臺相機成一定角度安裝，每臺相機的視角大于45度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種車載式地鐵隧道病害數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)，其特征在于，所述的中控主板包括圖像采集控制模塊、電機驅(qū)動控制模塊、測距儀數(shù)據(jù)采集控制模塊、編碼器數(shù)據(jù)采集模塊、主控模塊、平板車控制模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊和電源模塊，所述的主控模塊分別連接圖像采集控制模塊、電機驅(qū)動控制模塊、測距儀數(shù)據(jù)采集控制模塊、編碼器數(shù)據(jù)采集模塊、平板車控制模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊和電源模塊，所述的圖像采集控制模塊與圖像采集裝置連接，所述的電機驅(qū)動控制模塊與電機組件連接，所述的測距儀數(shù)據(jù)采集控制模塊與測距儀連接，所述的編碼器數(shù)據(jù)采集模塊與編碼器連接，所述的平板車控制模塊與平板車連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種車載式地鐵隧道病害數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)，其特征在于，所述的電源模塊包括采集板供電模塊、測距儀電源接口和主控板電源模塊，所述的采集板供電模塊與圖像采集裝置連接，所述的測距儀電源接ロ與測距儀連接，所述的主控板電源模塊包括電池電源和電量檢測單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種車載式地鐵隧道病害數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)通訊模塊包括USB接ロ或RJ45接ロ。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種車載式地鐵隧道病害數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)，其特征在干，所述的電機組件包括相連接的電機和電機驅(qū)動板，所述的電機與測距儀連接，所述的電機驅(qū)動板與中控主板連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ー種車載式地鐵隧道病害數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)，其特征在于，所述的電機為兩相混合式步進電機，所述的電機驅(qū)動板為16細分的驅(qū)動板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種車載式地鐵隧道病害數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)，其特征在于，所述的測距儀為激光測距儀，所述的編碼器為増量式光電編碼器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種車載式地鐵隧道病害數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)，其特征在于，所述的安裝支架包括安裝臺、電機固定支架、相機安裝支架和測距儀固定支架，所述的電機固定支架和相機安裝支架設(shè)置在安裝臺上，所述的測距儀固定支架設(shè)置在電機固定支架上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種車載式地鐵隧道病害數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)，其特征在于，所述的照明裝置為無影燈照明。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種車載式地鐵隧道病害數(shù)據(jù)自動化采集系統(tǒng)，包括圖像采集裝置、測距儀、電機組件、中控主板、蓄電池電源、照明裝置、安裝支架、編碼器、主控計算機和平板車，所述的中控主板分別連接圖像采集裝置、測距儀、電機組件、編碼器和主控計算機，所述的電機組件與測距儀連接，所述的照明裝置與蓄電池電源連接，所述的安裝支架和照明裝置設(shè)在平板車上；中控主板控制圖像采集裝置實時采集地鐵隧道圖像，電機組件帶動測距儀測量圖像采集裝置的實時位置并記錄，編碼器計算平板車的行駛距離，并采集當前圖像采集裝置的縱向定位數(shù)據(jù)，中控主板讀取數(shù)據(jù)后送往主控計算機。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有信息采集準確、病害檢測工作效率高等優(yōu)點。
文檔編號G01B11/00GK103047930SQ20121051601
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月5日
發(fā)明者朱合華, 劉學增, 朱愛璽 申請人:上海同巖土木工程科技有限公司, 同濟大學