一种隧道衬砌轮廓限界检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种隧道衬砌轮廓限界检测系统，所述系统包括：限界检测采集设备，其配置为当自身在隧道内沿预设轨迹位移时获取隧道断面扫描结果，其中，所述预设轨迹与隧道走向一致；位移偏移采集设备，其配置为当所述限界检测采集设备在隧道内沿预设轨迹位移时，获取所述限界检测采集设备的实际位置相对于所述预设轨迹的位移偏移；融合处理设备，其配置为根据所述位移偏移对所述隧道断面扫描结果进行偏移补偿处理，获取隧道衬砌轮廓限界检测结果。相较于现有技术，本发明专利技术提出的系统不仅可以实现高精度的隧道衬砌轮廓限界检测，而且结构简单、硬件成本低，具有很高的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道衬砌轮廓限界检测系统
本专利技术涉及隧道工程领域，具体涉及一种隧道衬砌轮廓限界检测系统。
技术介绍
在隧道工程领域，隧道内的设施状况直接影响到车辆运行安全。由于铁路沿线工作环境恶劣，车辆的振动、建筑固件的松动、热胀冷缩都会导致隧道内建筑物变形或使得其他物体侵入隧道内部。而当有物体侵入隧道衬砌轮廓限界或隧道衬砌轮廓限界变形时，车辆将不能正常运行，严重时将造成运营事故。因此隧道衬砌轮廓限界必须进行经常性测试，以便发现安全隐患，及时整修。目前，在铁路线路隧道限界检测中缺少高效的维护手段，由于限界变化具有突发性，传统的人工检测方式已经不能满足实际工作的需要。因此，研发一种实时、高速、高精度的隧道衬砌轮廓限界动态检测系统，将有助于节省人工、减少开支、提高效率，为轨道交通安全维护提供依据，提高铁路运行安全。
技术实现思路
针对上述问题，为了实时、高速地获取高精度的隧道衬砌轮廓限界，本专利技术提出了一种隧道衬砌轮廓限界检测系统，所述系统包括：限界检测采集设备，其配置为当自身在隧道内沿预设轨迹位移时获取隧道断面扫描结果，其中，所述预设轨迹与隧道走向一致；位移偏移采集设备，其配置为当所述限界检测采集设备在隧道内沿预设轨迹位移时，获取所述限界检测采集设备的实际位置相对于所述预设轨迹的位移偏移；融合处理设备，其配置为根据所述位移偏移对所述隧道断面扫描结果进行偏移补偿处理，获取隧道衬砌轮廓限界检测结果。在一实施例中：所述限界检测采集设备配置为实时获取并输出当前位置对应的所述隧道断面扫描结果；所述位移偏移采集设备配置为实时获取并输出当前位置对应的所述位移偏移；所述融合处理设备配置为对所述隧道断面扫描结果以及所述位移偏移进行实时处理，实时获取当前位置的所述隧道衬砌轮廓限界检测结果。在一实施例中：所述限界检测采集设备配置为获取当前位置所在的隧道断面的隧道断面扫描结果；所述位移偏移采集设备配置为获取所述限界检测采集设备当前位置所在的隧道断面上所述限界检测采集设备相对于所述预设位移轨迹的位移偏移。在一实施例中，所述限界检测采集设备包含两个扫描方式为线扫描的激光扫描仪以及连接座，所述激光扫描仪配置为对隧道断面进行180°扫描，其中：两个所述激光扫描仪的工作面朝外，其底面分别安装在所述连接座的两个侧面上；所述连接座配置为保证两个所述激光扫描仪背对、工作面朝向不同的方向且扫描线在同一个平面上。在一实施例中，所述连接座用于安装所述激光扫描仪的两个侧面倾斜且沿面向隧道顶部的方向不断靠近。在一实施例中：所述限界检测采集设备以及所述位移偏移采集设备配置为固定安装在可沿隧道内的轨道行驶的行驶机构上；所述位移偏移采集设备配置为获取所述行驶机构在行驶过程中相对于轨道的左右偏移距离以及所述行驶机构所处平面相对于轨道面的偏移倾角。在一实施例中，所述位移偏移采集设备包含：位置关系测量装置，其配置为：在所述行驶机构静止在所述轨道上时采集所述行驶机构与所述行驶机构所处的轨道部位间的初始位置关系；在所述行驶机构行驶时采集所述行驶机构与所述行驶机构所处的轨道部位间的实时位置关系；偏移计算装置，其配置为：对比所述初始位置关系以及所述实时位置关系，获取所述行驶机构与轨面间的动态位置关系变化；根据所述动态位置关系变化计算所述左右偏移距离以及所述偏移倾角。在一实施例中，所述位置关系测量装置包括：图像采集模块，其安装在所述行驶机构底部，配置为对所述行驶机构下方的轨道拍照；计算模块，其配置为解析所述图像采集模块获取的图像，计算所述初始位置关系和所述实时位置关系。在一实施例中，所述位置关系测量装置还包括照明模块，其中：所述照明模块配置为照明所述轨道，在所述轨道上形成光条；所述计算模块配置为从所述图像采集模块获取的图像中识别光条图像，获取光条对应的深度和位置，计算所述初始位置关系和所述实时位置关系。在一实施例中，所述位移偏移采集设备包括分别针对左右导轨的两套位置关系测量装置。相较于现有技术，本专利技术提出的系统不仅可以实现实时、高速、高精度的隧道衬砌轮廓限界检测，而且结构简单、硬件成本低，具有很高的实用价值。本专利技术的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本专利技术的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本专利技术而被了解。本专利技术的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是根据本专利技术一实施例的系统结构简图；图2根据本专利技术实施例的系统数据流示意图；图3是根据本专利技术一实施例的限界检测采集设备部分结构剖面图；图4是根据本专利技术一实施例的限界检测采集设备部分结构三维实体示意图；图5是根据本专利技术一实施例的位移偏移采集设备部分结构剖面图；图6是根据本专利技术一实施例的位移偏移采集设备部分结构三维实体示意图；图7是根据本专利技术一实施例的位移偏移采集设备安装场景图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此本专利技术的实施人员可以充分理解本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本专利技术。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。针对现有技术中存在的问题，为了实时、高速、高精度的动态检测隧道衬砌轮廓限界，本专利技术提出了一种隧道衬砌轮廓限界检测系统。本专利技术的系统通过限界检测采集设备对隧道内衬砌轮廓进行扫描，获取隧道断面三维点云扫描结果，从而确认隧道衬砌轮廓限界。由于隧道具有一定的长度，在隧道内固定的一点上不可能对隧道内壁整体进行扫描，因此，在本专利技术提出的系统中，限界检测采集设备配置为沿隧道内预设轨迹移动，在移动过程中对隧道内壁整体实现扫描。进一步的，在进行隧道衬砌轮廓限界检测时，为了确保检测精度以及检测结果的正确，需要构造基坐标系，也就是说在检测过程中，需要始终有一个具备明确的位置坐标的基准点，以该基准点为中心，确定隧道衬砌轮廓的位置坐标，从而了解隧道衬砌轮廓限界的状况，如果基准点的位置坐标发生定位偏差，那么获取的隧道衬砌轮廓限界的位置坐标也就必然不正确。由于本专利技术的系统中，所有设备都安装在行驶机构上，因此可以方便的将行驶机构基坐标系原点作为基准点。限界检测采集设备和位移偏移采集设备在行驶机构上的安装位置已知，则各设备坐标系和行驶机构基坐标系的转换关系已知，限界检测采集设备和位移偏移采集设备获取的数据相对基准点的关系已知。进一步的，考虑到在实际操作中，由于行驶机构行驶过程中发生振动，行驶机构相对轨道的位置将产生偏差，限界检测采集设备采集到的数据将含有误差。因此，在本专利技术的系统中，还构造了位移偏移采集设备，其配置为当限界检测采集设备在隧道内沿预设轨迹位移时，获取限界检测采集设备的实际位置相对于预设轨迹的位移偏移。具体的，在一实施例中，如图1所示，隧道衬砌轮廓限界检测系统包括：限界检测采集设备110，其配置为当自身在隧道内沿预设轨迹位移时获取隧道断面扫描结果，其中，预设轨迹与隧道走向一致；位移偏移采集设备120，其配置为当限界检测采集设备在隧道内沿预设轨迹位移时，获取限界本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道衬砌轮廓限界检测系统，其特征在于，所述系统包括：限界检测采集设备，其配置为当自身在隧道内沿预设轨迹位移时获取隧道断面扫描结果，其中，所述预设轨迹与隧道走向一致；位移偏移采集设备，其配置为当所述限界检测采集设备在隧道内沿预设轨迹位移时，获取所述限界检测采集设备的实际位置相对于所述预设轨迹的位移偏移；融合处理设备，其配置为根据所述位移偏移对所述隧道断面扫描结果进行偏移补偿处理，获取隧道衬砌轮廓限界检测结果。

【技术特征摘要】
1.一种隧道衬砌轮廓限界检测系统，其特征在于，所述系统包括：限界检测采集设备，其配置为当自身在隧道内沿预设轨迹位移时获取隧道断面扫描结果，其中，所述预设轨迹与隧道走向一致；位移偏移采集设备，其配置为当所述限界检测采集设备在隧道内沿预设轨迹位移时，获取所述限界检测采集设备的实际位置相对于所述预设轨迹的位移偏移；融合处理设备，其配置为根据所述位移偏移对所述隧道断面扫描结果进行偏移补偿处理，获取隧道衬砌轮廓限界检测结果。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述限界检测采集设备配置为实时获取并输出当前位置对应的所述隧道断面扫描结果；所述位移偏移采集设备配置为实时获取并输出当前位置对应的所述位移偏移；所述融合处理设备配置为对所述隧道断面扫描结果以及所述位移偏移进行实时处理，实时获取当前位置的所述隧道衬砌轮廓限界检测结果。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：所述限界检测采集设备配置为获取当前位置所在的隧道断面的隧道断面扫描结果；所述位移偏移采集设备配置为获取所述限界检测采集设备当前位置所在的隧道断面上所述限界检测采集设备相对于所述预设位移轨迹的位移偏移。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述限界检测采集设备包含两个扫描方式为线扫描的激光扫描仪以及连接座，所述激光扫描仪配置为对隧道断面进行180°扫描，其中：两个所述激光扫描仪的工作面朝外，其底面分别安装在所述连接座的两个侧面上；所述连接座配置为保证两个所述激光扫描仪背对、工作面朝向不同的方向且扫描线在同一个平面上。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述连接座用于安装所述激光扫描仪的两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞香，郑大桥，秦念稳，王鹏翔，谭果，曾苗筠，张娟娟，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43