隧道洞壁围岩完整性信息采集装置及评价方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种隧道洞壁围岩完整性信息采集装置及评价方法，采集装置包括设置在隧道开挖设备上的安装钢架，安装钢架位于隧道支护结构前方裸露岩壁的中部，所述安装钢架上设有工业相机和照明灯，所述工业相机与上位机相连接，上位机上设有图像采集系统，上位机通过Windows共享方式与本地服务器相连接；本地服务器上设有文件传输单元，本地服务器通过网络与数据中心客户端相连接，数据中心客户端与个人计算机相连接。本发明专利技术能够解决现有岩体完整性信息采集困难的问题，利用图像采集、图像传输系统对隧道岩壁的图像进行采集传输至数据中心，实现计算机智能评价岩体完整性特征的能力，为隧道机械智能化施工提供指导。

The integrity of the information acquisition device and evaluation of surrounding rock tunnel method

The present invention discloses a kind of tunnel surrounding rock integrity information acquisition device and evaluation method, collecting device arranged in the tunnel excavation equipment installation steel frame, steel frame is arranged at the middle part of the supporting structure of the tunnel is located in front of the bare rock, the installation of steel frame is provided with an industrial camera and lights connected to the camera and computer industry the machine is arranged on the upper computer, image acquisition system, the host computer is connected with the local server shared by Windows; the local server is provided with a file transfer unit, the local server through the network connection and data center customer terminal, data center and personal computer connected to the client. The invention can solve the existing rock integrity information collection difficult problem, the use of image acquisition, image transmission system of tunnel wall image acquisition and transmission to the data center, the ability to realize computer intelligent evaluation of rock mass integrity characteristics, to provide guidance for the tunnel construction machinery intelligent.

【技术实现步骤摘要】
隧道洞壁围岩完整性信息采集装置及评价方法
本专利技术涉及隧道岩体工程的
，具体涉及一种隧道洞壁围岩完整性信息采集装置及评价方法。
技术介绍
隧道围岩完整性是指岩体内以裂隙为主的各类地质界面的发育程度，是岩体结构的综合反映，取决于结构面切割程度、结构体大小及块体间结构状态等因素，是岩体工程中采用的概括性指标。目前，描述隧道围岩完整性的指标主要有结构面统计法、岩芯钻取法和弹性波测试法。结构面统计方法是基于现场量测信息直接逐条测量，采用地质素描的方式人为统计单位体积岩体中节理宽度、数量、产状等，人为主观经验因素影响较大，不同作业人员得到的结果之间相差较大，要求作业人员的经验丰富，且工作量较大，难以实现。岩芯钻取法是用直径为75mm的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进，连续取芯，回次钻进所取岩芯中，长度大于10cm的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值得到岩体质量指标RQD，进而评价岩体完整性。岩芯钻取法对岩采率、岩芯磨损、机械破碎程度要求较高，钻头、钻具及工艺等原因对评价结果的干扰性极大，另外以10cm为分界点分为两级对岩体完整性评价有一定的局限性。弹性波测试法是利用岩体与岩石的波速变化差异来研究岩体完整性的方法，是岩体纵波波速与岩石纵波波速的比值。弹性波测试法需要在岩壁上钻两组平行孔，利用声发射技术获得声波频率等特征判别岩体完整性，在含可溶性矿物较多的岩体内不适用，受岩石密度、结构面填充物、含水量等因素影响较大，现场机械设备、仪器的施工噪音对声波干扰性较大，且后期数据处理较繁琐，节理面识别经验性要求高，操作较复杂，需要一定的仪器设备，人力、物力耗费较大。专利
技术实现思路
针对现有描述隧道围岩完整性的方法工作量大、可靠性低、对现场要求较高等技术问题，本专利技术提供了一种隧道洞壁围岩完整性信息采集装置及评价方法，设备轻便、测试速度快，评价方法简捷、快速，能够全面地反映岩体的完整性特征，克服了现有隧道洞壁围岩完整性方法在隧道环境中需要钻孔、检测周期长、工作人员劳动强度大等问题，适用于具有一定强度稳定性的I-IV类围岩的岩石隧道中。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种隧道洞壁围岩完整性信息采集装置，包括设置在隧道开挖设备上的安装钢架，安装钢架位于隧道支护结构前方裸露岩壁的中部，所述安装钢架上设有工业相机和照明灯，所述工业相机与上位机相连接，上位机上设有图像采集系统，上位机通过Windows共享方式与本地服务器相连接；本地服务器上设有文件传输单元，数据中心客户端上设有文件读写单元，本地服务器通过网络与数据中心客户端相连接，数据中心客户端与个人计算机相连接；所述上位机设在施工现场隧道内的开挖设备后方，本地服务器位于施工现场地面项目办公室内，数据中心客户端位于所属单位机房内，个人计算机位于任意工作地点。所述工业相机下方固定有底座，工业相机外部设有防护罩，防护罩通过第一螺栓固定在底座上，工业相机连同防护罩安装在钢架上。所述防护罩是由2～3mm厚钢板材料焊接而成的中空半圆柱形钢构件，底座的四角上有螺栓孔，第一螺栓穿过螺栓孔将工业相机固定在防护罩内，防护罩通过第二螺栓固定在安装钢架上。所述照明灯安装在工业相机附近的安装钢架上，照明灯设置在工业相机后方的中间部位，用以保证隧道洞壁光线亮度。所述图像信息采集系统包含图像拍照模块、图像定位模块、图像存储模块和图像传输模块。所述个人计算机上设有图像处理分析系，图像处理分析系包括图像输入模块、图像预处理模块、图像分析模块、统计结果输出模块和帮助支持模块。隧道洞壁围岩完整性的评价方法的步骤如下：步骤一：对上位机安装的图像信息采集系统进行设置，包括工业相机的自动拍照时间间隔和照片的图像自动存储位置，调整好照明灯的角度，使拍摄范围内洞壁的有足够的亮度；步骤二：利用信息采集装置的工业相机采集洞周壁面的图像，采集到的洞壁图像保存在上位机的图像存储位置；步骤三：施工现场的本地服务器以Windows共享的方式自动读取和存储上位机存储的图像文件；步骤四：数据中心客户端自动向施工现场的本地服务器发出指令，施工现场的本地服务器通过网络传输将洞周壁面的图像文件自动传输至数据中心客户端；步骤五：任何工作地点的工作人员在各自的个人计算机上安装图像处理分析系，首先通过账号密码的方式查看、调用、下载数据中心客户端的洞壁图像文件，在图像处理分析系统中打开需要分析的洞壁图像文件，工作人员利用图像分析处理系统对图像进行节理数量、宽度、走向、间距等信息进行识别，通过判别分析，得到洞壁的岩体体积节理数Jv、岩体完整性Kv、节理与洞轴线夹角α，实现洞壁围岩完整性评价。所述工业相机安装在隧道开挖机械设备上的数量n根据隧道直径D以及工业相机的广角镜头广角α范围确定：其中，L为相机与拍摄洞壁间的距离；所述工业相机的自动拍照时间间隔t根据隧道开挖速度v和设定的拍摄间隔距离X确定：所述图像处理分析系统中的图像输入模块打开要分析的岩壁图片文件，通过图像预处理模块对照片进行对比度拉伸、亮度调整、平滑处理及边缘增强，在图像分析模块中进行岩石定位分割、节理边缘检测、节理宽度和走向、间距量测、节理数量统计，在统计结果输出模块中输出分析图像和节理数量、节理宽度、节理走向、间距列表，根据模块内部嵌入的岩体体积节理数Jv的计算公式：Jv＝∑(1/di)+Sk/5，其中，di为第i组节理的间距，Sk为每立方体岩体非成组节理条数，得到洞壁的岩体体积节理数Jv值；通过判别分析节理组数和节理间距、岩体体积节理数Jv判别标准，获得岩体完整性Kv和洞壁围岩的完整性评价。本专利技术的有益效果：本专利技术能够解决现有岩体完整性信息采集困难的问题，利用图像采集、图像传输系统对隧道岩壁的图像进行采集传输至数据中心，用户不受工作地点限制，只需通过账号密码的方式即可调取数据中心图像，利用图像处理分析系统对节理面宽度、间距、数量等信息进行数据统计分析，对围岩完整性进行评价，由此数据中心储存大量的岩壁完整性评价信息，形成数据库，进而能够实现计算机智能评价岩体完整性特征的能力，为隧道机械智能化施工提供指导。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术图1的左视图。图3为本专利技术相机与防护罩的结构示意图。图4为本专利技术图3的左视图。图5为本专利技术图像传输的结构示意图。图6为本专利技术图像采集系统的功能模块图。图7为本专利技术图像处理分析系统的功能模块图。图8为本专利技术评价方法的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1和图2所示，一种隧道洞壁围岩完整性信息采集装置，包括设置在隧道开挖设备上的安装钢架1，安装钢架1位于隧道支护结构6前方裸露岩壁5的中部，所述安装钢架1上设有工业相机2和照明灯3。照明灯3安本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隧道洞壁围岩完整性信息采集装置，包括设置在隧道开挖设备上的安装钢架(1)，安装钢架(1)位于隧道支护结构(6)前方裸露岩壁(5)的中部，其特征在于：所述安装钢架(1)上设有工业相机(2)和照明灯(3)，所述工业相机(2)与上位机(4)相连接，上位机(4)上设有图像采集系统(10)，上位机(4)通过Windows共享方式与本地服务器(7)相连接；本地服务器(7)上设有文件传输单元，数据中心客户端(8)上设有文件读写单元，本地服务器(7)通过网络与数据中心客户端(8)相连接，数据中心客户端(8)与个人计算机(9)相连接；所述上位机(4)设在施工现场隧道内的开挖设备后方，本地服务器(7)位于施工现场地面项目办公室内，数据中心客户端(8)位于所属单位机房内，个人计算机(9)位于任意工作地点。

【技术特征摘要】
1.一种隧道洞壁围岩完整性信息采集装置，包括设置在隧道开挖设备上的安装钢架(1)，安装钢架(1)位于隧道支护结构(6)前方裸露岩壁(5)的中部，其特征在于：所述安装钢架(1)上设有工业相机(2)和照明灯(3)，所述工业相机(2)与上位机(4)相连接，上位机(4)上设有图像采集系统(10)，上位机(4)通过Windows共享方式与本地服务器(7)相连接；本地服务器(7)上设有文件传输单元，数据中心客户端(8)上设有文件读写单元，本地服务器(7)通过网络与数据中心客户端(8)相连接，数据中心客户端(8)与个人计算机(9)相连接；所述上位机(4)设在施工现场隧道内的开挖设备后方，本地服务器(7)位于施工现场地面项目办公室内，数据中心客户端(8)位于所属单位机房内，个人计算机(9)位于任意工作地点。2.根据权利要求1所述的隧道洞壁围岩完整性信息采集装置，其特征在于，所述工业相机(2)下方固定有底座(12)，工业相机(2)外部设有防护罩(13)，防护罩(13)通过第一螺栓(14)固定在底座(12)上，工业相机(2)连同防护罩(13)安装在钢架(1)上。3.根据权利要求2所述的隧道洞壁围岩完整性信息采集装置，其特征在于，所述防护罩(13)是由2～3mm厚钢板材料焊接而成的中空半圆柱形钢构件，底座(12)的四角上有螺栓孔，第一螺栓(14)穿过螺栓孔将工业相机(2)固定在防护罩(13)内，防护罩(13)通过第二螺栓(15)固定在安装钢架(1)上。4.根据权利要求1所述的隧道洞壁围岩完整性信息采集装置，其特征在于，所述照明灯(3)安装在工业相机(2)附近的安装钢架(1)上，照明灯(3)设置在工业相机(2)后方的中间部位，用以保证隧道洞壁光线亮度。5.根据权利要求1所述的隧道洞壁围岩完整性信息采集装置，其特征在于，所述图像信息采集系统(10)包含图像拍照模块、图像定位模块、图像存储模块和图像传输模块。6.根据权利要求5所述的隧道洞壁围岩完整性信息采集装置，其特征在于，所述个人计算机(9)上设有图像处理分析系(11)，图像处理分析系(11)包括图像输入模块、图像预处理模块、图像分析模块、统计结果输出模块和帮助支持模块。7.根据权利要求6所述的隧道洞壁围岩完整性信息采集装置，其特征在于，隧道洞壁围岩完整性的评价方法的步骤如下：步骤一：对上位机(4)安装的图像信息采集系统(10)进行设置，包括工业相机(2)的自动拍照时间间隔和照片的图像自动存储位置，调整好照明灯(3)的角度，使拍摄范围内洞壁的有足够的亮度；步骤二：利用信息采集装置的工业相机(2)采集洞周壁面的图像，采集到的洞壁图像保存在上位机(4)的图像存储位置；步骤三：施工现场的本地服务器(7)以Windows共享的方式自动读取和存储上位机(4)存储的图像文件；步骤四：数据中心客户端(8)自动向施工现场的本地服务器(7)发出指令，施工现场的本地服务器(7)通过网络传输将洞周壁面的图像文件自动传输至数据中心客户端(8)；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张娜，荆留杰，杨晨，徐受天，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41