基于图像识别的隧道衬砌缺陷智能检测模拟实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于图像识别的隧道衬砌缺陷智能检测模拟实验装置。所述循环式载物托盘的各载物托盘置于循环式载物托盘滑轨的滑槽内。所述循环信息墙依次固定在各个载物托盘的内环边缘上。拨盘由电机驱动，拨盘的拨齿波动循环式载物托盘的各个载物托盘在滑槽上循环滑动，同时带动循环信息墙同步移动。背景布由背景布支架支撑，竖直悬挂在椭圆形轨道中央，构成摄像背景幕墙。摄像设备置于循环式载物托盘滑轨外，镜头高度与循环信息墙适配。本发明专利技术利用相对运动关系，将实际工程中相机需要沿隧道连续移动获取图片，转化为相机固定，而带病害的试块或纸带持续移动。大大减小了为了营造持续的相机与被观测对象相对移动而需要的场地空间。

【技术实现步骤摘要】
基于图像识别的隧道衬砌缺陷智能检测模拟实验装置
本专利涉及一种隧道衬砌病害信息化智能检测实验装置，具体说是一种基于图像识别的隧道衬砌病害智能检测模拟实验装置，用于对隧道衬砌病害机器视觉检测系统的开发、改进与效果检验。
技术介绍
近年来，我国公路、铁路、城市轨道交通等隧道工程的建设和研究得到了飞速发展，多年以前隧道信息化、科学、便捷的维护检测系统的开发与应用也逐步得到重视。常见的隧道病害包括以下几类：隧道漏水、衬砌腐蚀、衬砌裂损、隧道冻害、洞门损坏、整体道床裂损、附属结构物损坏等。根据众多隧道病害经验表明，衬砌结构破损和渗漏水是影响隧道安全的主要因素（《中国公路学报》2015年5月，第5期，第28卷，《中国隧道工程学术研究综述·2015》）。基于数字照相量测方法可分为“变形量测”和“特征识别”两大类。其中，数字照相“变形量测”主要以位移观测为目标，根据目标图像测点的坐标变化来计算位移，然后再进行应变计算，在此基础上来分析目标的变形特点；“数字照相特征识别”主要以分离特征物为目标，是将研究或技术人员感兴趣的特征从图像上分离出来，如电路板的裂隙图像检测、道路交通系统中的车牌号自动识别、岩土材料结构组成以及混凝土材料裂缝的识别等（《岩土变形数字照相量测方法与应用》，李元海著）。隧道检测的项目一般包括隧道收敛值、拱顶下沉值、地表沉降值，以及其他病害如：衬砌裂缝以及渗漏水情况的检测。其中变形检测（收敛值及沉降值）和病害检测是检测的重中之重，前者属于“变形量测”范畴，后者属于“特征识别”范畴。本专利技术所涉及的数字照相量测方法为“特征识别”。传统的隧道工程检测手段主要为接触式量测以及全站仪非接触式量测。主要使用收敛计进行收敛值量测，使用水准仪、钢尺等进行沉降值得量测，此种手段成本低、易操作，但工作难度大、工作量大且量测时间长。全站仪非接触式量测手段作为比较成熟的技术，具有一定的可靠性，但同样存在不足：测量精度不如传统量测手段，且数据的准确性同样受到操作人员的操作影响存在人工误差以及仪器本身误差，以及现场环境的其他影响所造成的误差。近些年基于数字图像量测技术的非接触式量测手段已经得到快速发展。如《公路与汽运》2016年第3期《隧道病害快速检测技术现状及分析比较》一文对国内、外隧道衬砌病害信息化智能检测技术的发展与应用以及各种技术的优缺点进行了较为全面的介绍与比较。目前，各种隧道衬砌的病害智能信息化检测一般由基于图像识别的智能系统完成，包括：图像采集装置、图像采集装置的固定及移动装置、信息的转送装置、后端信息收集处理系统。该类系统已经有雏形方案应用于工程，并有众多高校、企业等科研机构对此类系统进行优化、改进。如《湖南大学学报（自然科学版）》2018年第45卷第3期《基于深度学习的盾构隧道衬砌病害识别方法》就描述了一种“快速移动式隧道扫描检测系统”可在隧道内移动并获取衬砌表面的图像，传输至后方计算处理。《岩石力学与工程学报》2017年第36卷第12期《基于深度学习的盾构隧道渗漏水病害图像识别》一文，提出一种新颖的基于全卷积网络的盾构隧道渗漏水病害图像识别算法。《岩石力学与工程学报》2017年第36卷增刊《隧道衬砌图像清晰度影响因素的模型试验研究》一文，描述了一种在实验室内进行基于计算机视觉对隧道衬砌表面实现图像获取的模拟实验简易装置。该装置将打印有特征图像的信息纸贴在弯曲薄木板上并固定在实验墙壁上，将相机、光源以及工业电脑等设备放置于一可移动的小车上，利用小车的移动营造出相机与被观测图像的相对移动。如今高校及企业对该技术的开发与应用的验证一般均通过现场实际应用验证或制作物理模型的方式验证已经制作的系统的有效性。这两种方式虽然最接近实际应用环境，但需要科研人员将制作好的设备全部运送至隧道工程现场，耗费人力物力且浪费时间，并且隧道现场环境复杂恶劣，环境变量难以逐一控制，如果实验结果未达到预期目标，难以判断具体原因，于是我们提出一种针对隧道病害图像识别系统的实验室内研究装置。旨在为研究人员在实验室内营造出与现场环境条件相近的实验环境，方便研究人员在实验室内对数字图像量测系统进行开发、改进和研究。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种基于图像识别的隧道衬砌病害智能检测模拟实验装置，方便高校以及企业在实验室内对“隧道病害数字照相检测系统”进行方案研究以及优化改进的设备。为达到这一目的，本专利技术需要最大程度上在实验室内模拟出检测系统在隧道现场工作时的环境。现有“基于图像识别的隧道病害智能检测系统”一般均将图像获取设备与其他观测仪器放置于卡车或其他可移动载具上，可移动载具在隧道内部沿隧道开行，收集隧道衬砌图像等资料信息，随后通过信息传送装置将获取的图像信息等传送至后方，通过专业软件进行信息的计算与分析，最终得出隧道衬砌安全程度的评价。如专利技术专利“一种隧道施工信息化动态检测系统及其检测方法”（授权公告号：CN102587986B），描述了一种隧道检测系统的实现方法。为了在实验室有限的空间内模拟出实际观测中相机与隧道衬砌的相对移动的效果，本专利技术提出将照相装置设为固定不动，使含有类似于隧道衬砌病害信息的特制实物模型或人为拍摄打印的隧道纹理信息纸带（隧道衬砌连续照片组）固定于特制装置并转动，代替现场实际检测环境的隧道衬砌固定，照相装置移动。本专利技术基于图像识别的隧道衬砌缺陷智能检测模拟实验装置，包括支座、循环式载物托盘滑轨、循环式载物托盘、循环信息墙、背景布和摄像设备。其特征是：所述循环式载物托盘滑轨为椭圆形轨道，由所述支座支撑，水平放置。循环式载物托盘滑轨上设有滑槽，所述循环式载物托盘由若干个载物托盘连续连接形成闭合环，各载物托盘底部设置滑轮，各个滑轮置于循环式载物托盘滑轨的滑槽内。所述循环信息墙依次固定在各个载物托盘的内环边缘上，循环信息墙墙面与载物托盘盘面垂直（可允许小角度偏差）。支座上设有拨盘，拨盘由电机驱动，拨盘的拨齿波动循环式载物托盘的各个载物托盘在滑槽上循环滑动，同时带动循环信息墙同步移动。背景布由背景布支架支撑，竖直悬挂在椭圆形轨道中央，构成摄像背景幕墙。摄像设备置于循环式载物托盘滑轨外，镜头高度与循环信息墙适配。载物托盘用来放置提前预制好的试块或现场取得的实物材料。循环信息墙用于张贴连续拍摄的隧道壁图片。循环信息墙与各载物托盘连接方式为带锁扣的铰接方式，实验时可通过改变循环信息墙与水平方向夹角来改变循环信息墙与数码相机间角度。所述循环信息墙由若干矩形墙板连续拼接形成，各个墙板表面上设有弹性薄钢片，在墙板的水平中心线处将弹性薄钢片固定，墙板的上部水平线上和下部水平线上设置若干螺孔，每个螺孔内均设有螺杆。通过旋进螺杆，可使螺杆将循环信息墙表面的弹性薄钢片边缘顶起至适当高度，营造出一定的曲率效果，用于模拟曲墙式隧道侧墙或隧道拱顶。旋出螺杆，可使循环信息墙表面薄钢片呈平整状态，用于模拟直墙式隧道侧墙。背景布置于整个设备中央，用来营造拍照环境的纯色背景，避免背景图案对摄像数据的干扰，一般设置为纯黑或纯白色。背景布用支架悬挂，支架上部有套管部件，使得背景布可以水平转动一定的角度，并在合适位置锁死固定。所述摄像设备选择数字相机，配置数据传输设备，用来将照相设备拍摄的图片传输至计算机，与照相机相兼容，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图像识别的隧道衬砌病害智能检测模拟实验装置，包括支座、循环式载物托盘滑轨、循环式载物托盘、循环信息墙、背景布和摄像设备；其特征是：所述循环式载物托盘滑轨为椭圆形轨道，由所述支座支撑，水平放置；循环式载物托盘滑轨上设有滑槽，所述循环式载物托盘由若干个载物托盘连续连接形成闭合环，各载物托盘置于循环式载物托盘滑轨的滑槽内；所述循环信息墙依次固定在各个载物托盘的内环边缘上，循环信息墙墙面与载物托盘盘面垂直；支座上设有拨盘，拨盘由电机驱动，拨盘的拨齿波动循环式载物托盘的各个载物托盘在滑槽上循环滑动，同时带动循环信息墙同步移动；背景布由背景布支架支撑，竖直悬挂在椭圆形轨道中央，构成摄像背景幕墙；摄像设备置于循环式载物托盘滑轨外，镜头高度与循环信息墙适配。

【技术特征摘要】
1.一种基于图像识别的隧道衬砌病害智能检测模拟实验装置，包括支座、循环式载物托盘滑轨、循环式载物托盘、循环信息墙、背景布和摄像设备；其特征是：所述循环式载物托盘滑轨为椭圆形轨道，由所述支座支撑，水平放置；循环式载物托盘滑轨上设有滑槽，所述循环式载物托盘由若干个载物托盘连续连接形成闭合环，各载物托盘置于循环式载物托盘滑轨的滑槽内；所述循环信息墙依次固定在各个载物托盘的内环边缘上，循环信息墙墙面与载物托盘盘面垂直；支座上设有拨盘，拨盘由电机驱动，拨盘的拨齿波动循环式载物托盘的各个载物托盘在滑槽上循环滑动，同时带动循环信息墙同步移动；背景布由背景布支架支撑，竖直悬挂在椭圆形轨道中央，构成摄像背景幕墙；摄像设备置于循环式载物托盘滑轨外，镜头高度与循环信息墙适配。2.根据权利要求1所述的基于图像识别的隧道衬砌病害智能检测模...

【专利技术属性】
技术研发人员：李元海，刘金杉，唐晓杰，杨硕，陈佳玮，梁誉潇，丁言峰，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32