檢測的總體宏觀示意圖；
[0047] 圖8為隧道內(nèi)壁中的一節(jié)在全方位視覺傳感器的某一個方位角情況下，徑向變形 量與點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分布關(guān)系圖；
[004引圖9為隧道縱向形變示意圖；
[0049] 圖10為隧道橫向形變示意圖；
[0050] 圖11為用點(diǎn)云重構(gòu)的隧道H維圖；
[0051] 圖12為隧道檢測車進(jìn)行隧道健康體檢的處理流程圖；
[0052] 圖13為從隧道采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)重構(gòu)拼接后的一段隧道圖；
[0053] 圖14為隧道內(nèi)壁表面的幾個重要幾何變量示意圖；
[0054] 圖15為隧道橫截面輪廓圖；
[00巧]圖16為中央監(jiān)控中也服務(wù)器中分析處理隧道形變處理流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0056] 實(shí)施例1
[0057] 參照圖1?16, 一種基于主動式全景視覺的隧道全斷面高速動態(tài)健康檢測裝置與 方法，其硬件包括：隧道檢測車、主動式全景視覺傳感器、RFID讀取器、無線接發(fā)送單元、控 制器、站級通信系統(tǒng)或中央監(jiān)控中也服務(wù)器。中央監(jiān)控中也服務(wù)器通過站級通信系統(tǒng)構(gòu)成 全隧道安全檢測網(wǎng)，站級通信系統(tǒng)接收從隧道檢測車上配置的無線接發(fā)送單元發(fā)送過來的 隧道橫斷面激光掃描圖像，并將隧道橫斷面激光掃描圖像及時地通過全隧道安全檢測網(wǎng)傳 送給中央監(jiān)控中也服務(wù)器。
[0058] 隧道檢測車上配置有主動式全景視覺傳感器、RFID讀取器、測距輪、無線接發(fā)送單 元和控制器，主動式全景視覺傳感器安裝在隧道檢測車的前方中央，RFID讀取器讀取配置 在隧道內(nèi)壁上安置的RFID信息，隧道檢測車的底部安裝一個測距輪，控制器讀取測距輪中 光電編碼器的脈沖當(dāng)量并估算隧道檢測車的行走距離Zi;控制器讀取主動式全景視覺傳感 器所獲取的隧道橫斷面激光掃描圖像并W隧道檢測車的行走距離Zi和現(xiàn)在時刻為文件名 保存在控制器的存儲單元中；當(dāng)隧道檢測車達(dá)到下一個站點(diǎn)時，控制器通過無線接發(fā)送單 元將控制器的存儲單元中的隧道橫斷面激光掃描圖像發(fā)送給站級通信系統(tǒng)。
[0059] 主動式全景視覺傳感器，其硬件主要包括；全方位視覺傳感器、全景激光投射光 源；全方位視覺傳感器與全景激光投射光源進(jìn)行同軸固定連接。
[0060] 全方位視覺傳感器，如附圖1所示，包括雙曲面鏡面2、上蓋1、透明半圓形外罩3、 下固定座4、攝像單元固定座5、攝像單元6、連接單元7和上罩8。雙曲面鏡面2固定在上蓋 1上，連接單元7將下固定座4和透明半圓形外罩3連接成一體，透明半圓形外罩3與上蓋 1 W及上罩8通過螺釘固定在一起，攝像單元6用螺釘固定在攝像單元固定座5上，攝像單 元固定座5用螺釘固定在下固定座4上，全方位視覺傳感器中的攝像單元的輸出通過千兆 網(wǎng)數(shù)據(jù)接口與控制器連接。
[0061] 攝像單元的采樣頻率需要在120km/h的檢測速度下，采集頻率要滿足至少每0. Im 采集一個隧道橫斷面，計(jì)算得到采樣頻率滿足大于333. 3巧S條件。攝像單元的采樣分辨 率，根據(jù)測量精度的要求，對斷面的空間的靜態(tài)測量誤差須小于5mm ;全方位視覺傳感器的 檢測成像中也離隧道邊緣的最長距離為3m，對應(yīng)于攝像機(jī)的成像芯片中短軸的一半范圍， 若不考慮插值提高分辨率的話，攝像單元的采樣分辨率需要1200個像素W上。綜合上述情 況，攝像單元選擇CR3000 X 2高速攝像機(jī)，分辨率為1696 X 1710,采樣頻率540巧S，高速內(nèi) 存 16GB。
[0062] 全景激光投射光源包括光源上蓋、圓錐形鏡面、透明外罩、圓圈形激光發(fā)射器和底 座。圓圈形激光發(fā)射器固定在底座上，圓圈形激光發(fā)射器的發(fā)射光軸也線與底座軸也線一 致，圓錐形鏡面固定在光源上蓋用于反射圓圈形激光發(fā)射器發(fā)射出來的圓圈激光為隧道內(nèi) 壁提供隧道斷截面全景掃描光，圓錐形鏡面的軸也線與光源上蓋軸也線一致，透明外罩將 固定了圓圈形激光發(fā)射器的底座和固定了圓錐形鏡面的光源上蓋集成為全景激光投射光 源，圓圈形激光發(fā)射器的中也軸和圓錐形鏡面的中也軸重合。主動式全景視覺傳感器裝配 時，將圓圈形激光發(fā)射器的中也軸、圓錐形鏡面的中也軸、雙曲面鏡面的中也軸和攝像單元 的中也軸配置在同一軸也線上。
[0063] 隧道檢測車即將進(jìn)入隧道前，定位系統(tǒng)會提供隧道檢測車的位置信息，當(dāng)隧道檢 測車位置與隧道洞口里程在10米范圍內(nèi)時，控制機(jī)啟動測量系統(tǒng)，主動式全景視覺傳感器 進(jìn)入采集信息狀態(tài)，同時系統(tǒng)時鐘同步系統(tǒng)啟動，記錄每一位置信息相對應(yīng)的時間信息。在 隧道進(jìn)洞口、洞內(nèi)和出洞口間隔一定距離安裝電子標(biāo)簽，即RFID，利用RFID輔助修正里程 定位完成斷面的精確定位。
[0064] RFID固定在隧道進(jìn)洞口、洞內(nèi)和出洞口間隔一定距離上，該里將固定RFID處的 隧道斷面與隧道中軸線的交點(diǎn)作為測量的基準(zhǔn)點(diǎn)，為隧道建立統(tǒng)一坐標(biāo)基準(zhǔn)町(X，y，Z); RFID的存儲單元中存儲了隧道固定點(diǎn)的空間位置信息Bi(x，y，z);隧道固定點(diǎn)的空間位 置信息Bi(x，y，z)是隧道建成后經(jīng)定點(diǎn)高精度測量所得到的；隧道固定點(diǎn)的空間位置信 息Bi(x，y，Z)在隧道運(yùn)營過程中需要定周期進(jìn)行維護(hù)和校正，W保證該些空間位置信息 Bi (X，y，Z)能作為隧道的絕對坐標(biāo)基準(zhǔn)。
[0065] 控制器包括；RFID數(shù)據(jù)讀取單元，用于讀取固定在隧道壁上RFID所存儲的空間位 置信息；行車距離估算單元，通過讀取光電編碼器的脈沖數(shù)并利用公式（3)估算出隧道檢 測車的行車距離；隧道橫斷面激光掃描圖像讀取、存儲單元，用于讀取主動式全景視覺傳感 器所獲取的隧道橫斷面激光掃描圖像，并W隧道檢測車的行走距離Zi和現(xiàn)在時刻為文件名 保存在控制器的存儲單元中；隧道橫斷面激光掃描圖像數(shù)據(jù)傳輸單元，用于將控制器的存 儲單元中的隧道橫斷面激光掃描圖像發(fā)送給站級通信系統(tǒng)；附圖12為控制器進(jìn)行隧道健 康體檢的處理流程圖。
[0066] 隧道檢測車在一個檢測區(qū)段里行駛時，除了需要得到隧道斷面相對于測量系統(tǒng)的 X，Y坐標(biāo)外，還應(yīng)獲得沿軌道方向的縱向里程坐標(biāo)Z，用來確定隧道內(nèi)每一測量斷面的位 置，即該斷面距測量起始位置的精確距離，為此需要對隧道檢測車的實(shí)時走行距離進(jìn)行檢 測。
[0067] 隧道檢測車的動態(tài)定位主要依靠光電編碼器，在隧道檢測車的底部安裝一個測距 輪，結(jié)合軌道電路信號確定隧道檢測車起始位置W及消除縱向累計(jì)誤差。光電編碼器可W 輸出1000?2000個脈沖/轉(zhuǎn)，根據(jù)采集到的脈沖數(shù)量和測距輪輪直徑可W計(jì)算出車輛走 行的距離，實(shí)際應(yīng)用中可采用FT法、防空轉(zhuǎn)打滑算法、多傳感器融合算法等多種算法來提 高定位的精度。同時，里程定位系統(tǒng)還能夠根據(jù)軌道電路信號校準(zhǔn)隧道檢測車初始位置、定 點(diǎn)清除動態(tài)測量過程中的累計(jì)誤差。
[0068] 在隧道檢測車底部安裝測距輪，前進(jìn)時測距輪在軌道面上做純滾動，小輪的輪軸 上裝有光電編碼器，根據(jù)編碼器可讀出小輪在軌面上走過的距離。設(shè)小輪的直徑為D，裝于 其上的光電編碼器的分劃選為P，通過公式（1)計(jì)算出編碼器的脈沖當(dāng)量（每單個脈沖相當(dāng) 于小輪走過的直線距離）5，
[0069] 6 =些 (1) P
[0070] 測距輪的直徑為0 58,測距輪上的光電編碼器分劃為2000,編碼器的脈沖當(dāng)量用 公式（2)進(jìn)行計(jì)算，
[0071] (!T = ^^ = 〇.〇911w/h >2) 2000
[0072] 隧道檢測車的行走距離Zi用光電編碼器發(fā)出Z個脈沖進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法如公式 (3)所示，
[0073] Zi= Z 5 = 0. 0911Z (3)
[0074] 為了讓安裝在隧道檢測車上的主動式全景視覺傳感器所獲取的隧道橫斷面激光 掃描圖像與所拍攝圖像時的空間位置進(jìn)行關(guān)聯(lián)，該里采用W隧道檢測車的行走距離Zi為文 件名保存隧道橫斷面激光掃描圖像數(shù)據(jù)；當(dāng)隧道檢測車經(jīng)過隧道內(nèi)的站級時通過無線方式 將隧道橫斷面激光掃描圖像數(shù)據(jù)經(jīng)站級通信系統(tǒng)發(fā)送給中央監(jiān)控中也服務(wù)器。
[00巧]隧道檢測車的隧道健康檢測流程如附圖12所示，隧道檢測車即將進(jìn)入隧道前，隧 道