一种用于铁路隧道全断面综合检测的轨道车及检测方法技术

本发明专利技术属于铁路工务系统隧道检测技术领域，具体涉及一种用于铁路隧道全断面综合检测的轨道车，该轨道车包括轨道车底板、驾驶室和车厢，轨道车底板上设置有门拱框架，门拱框架上设置有线阵相机，轨道车底板上还设置有空气耦合式屏蔽天线、GPS主机、探地雷达和红外热成像仪，驾驶室顶端设置有一GPS接收机，车厢上方顶板的尾部还设置有一激光扫描仪，车厢内部设置有一工控计算机。本发明专利技术还公开了一种铁路隧道全断面的综合检测方法。本发明专利技术具有多个检测系统，能够一次性全断面检测隧道衬砌状态和隧道底部病害，且检测的准确度高、效率高，能够减少维修时间，节约维修费用，且对铁路隧道正常运输影响小，降低了因停止运输造成的损失。

Rail vehicle for detecting full section of railway tunnel and detecting method thereof

The invention belongs to the field of detection technology of tunnel railway system, in particular to a railway tunnel comprehensive detection of rail vehicles, including the rail car rail car floor, the cab and the carriage rail car door is arranged on the bottom frame arch, arch frame is arranged on the linear array camera, rail car floor also equipped with air coupled shielded antenna, GPS host, ground penetrating radar and infrared thermal imager, the cab is arranged on the top of a GPS receiver, above the roof of the car tail is also equipped with a laser scanner, the carriage is arranged inside the computer. The invention also discloses a comprehensive detection method for the whole section of the railway tunnel. The invention has a plurality of detection system, one can complete profile measurement of tunnel lining state and bottom of tunnel disease, with high accuracy, high detection efficiency, can reduce the maintenance time, save the maintenance cost, and the normal transportation of railway tunnel is small, reduce the losses caused by the stop of transportation.

【技术实现步骤摘要】
一种用于铁路隧道全断面综合检测的轨道车及检测方法
本专利技术属于铁路工务系统隧道检测
，具体涉及一种用于铁路隧道全断面综合检测的轨道车及检测方法。
技术介绍
截至2015年底，全国运营铁路隧道13411座，总长13038km，中国已成为世界上铁路隧道数量最多的国家。但是在数量庞大的铁路隧道中，隧道总体技术状态较差，质量状况不容乐观。据2014年统计资料，全路共有病害隧道5990座，病害率高达52.4％，存在衬砌质量缺陷以及严重腐蚀裂损、仰拱铺底变形、渗漏水、限界不足等多种病害，且呈逐年上升趋势。此外，中国目前在建铁路隧道3784座，总长8692km；规划隧道4384座，总长9345km。在近5年内，中国铁路隧道数量将超过20000km。隧道常见衬砌质量缺陷主要有衬砌厚度不足、强度不足、背后空洞及不密实、钢筋缺失、间距偏大或保护层厚度不足，衬砌常见病害主要有衬砌裂缝、剥落掉块、断裂、错台、变形、渗漏水、道床破损、上拱、冒水病害等。目前，国内外隧道衬砌质量缺陷和病害的检测方法主要是探地雷达法，探地雷达法被广泛应用到既有铁路和新建铁路隧道的检测中。传统方法是采用人工手持天线或机械手臂贴近测线进行检测，虽然能一次性全断面检测，但在电气化铁路上检测时要求在维修天窗时间停电作业，需要中断运输，并受到接触网干扰；对于衬砌裂缝，传统采用人工肉眼识别，为了深入检测衬砌质量，早期采用钻孔方式检测，虽然比较直观，但破坏隧道防排水系统与衬砌整体性。目前的检测方法以人工检查为主，检测结果依赖于检测人员水平，速度慢，效率低，而铁路天窗时间较短，因而远不能满足我国运营铁路大量隧道工程需要。目前，国内外已经研发了一些不同类型的隧道轨道车，但存在一些缺点：(1)病害检测指标单一，不全面；(2)自动识别程度低，需自动识别与人工修正相结合；(3)检测速度较慢，一般在1～3km/h，无法适应我国铁路隧道检测要求；(4)国外先进专用检测设备价格昂贵。由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进，设计一种隧道综合轨道车，使其能够克服上述缺陷和不足，满足我国铁路隧道的检测需要。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于铁路隧道全断面综合检测的轨道车及检测方法，该轨道车集成了探地雷达、空气耦合式屏蔽天线、激光扫描仪、线阵相机、GPS接收机、惯性单元、红外热成像仪、激光测距仪、数据处理系统和供电系统，行车速度达到60km/h以上，由于其具有多个检测系统，能够一次性全断面检测隧道衬砌状态和隧道底部病害，且检测的准确度高、效率高，并据可此提出有针对性的整治措施，能够减少维修时间，节约维修费用；对铁路隧道正常运输影响小，降低因停止运输造成的损失。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于铁路隧道全断面综合检测的轨道车，其特征在于，包括轨道车底板、设置在轨道车底板前端的驾驶室和设置在轨道车底板尾端的车厢，其中，所述驾驶室顶端的一侧设置有一GPS接收机，该GPS接收机与轨道车底板上的GPS主机相连，用于获取轨道车的定位信息；所述轨道车底板上靠近驾驶室的最前端设置有门拱框架，门拱框架上均匀设置有若干个线阵相机，所述线阵相机的镜头均朝向外侧用于拍摄隧道两侧和顶端的图片，所述门拱框架远离驾驶室的一侧设置有天线支架，所述天线支架上固定有若干组空气耦合式屏蔽天线，在所述轨道车底板下方与车底板上方的天线所处的同一竖直平面内还设置有若干组空气耦合式屏蔽天线，用于检测隧道衬砌内部状态和隧底病害，所述GPS主机设置在所述天线支架后方，两个探地雷达分别设置在GPS主机的两侧，在探地雷达后侧的轨道车底板上设置有一红外热成像仪支架，在该支架上左右侧和上侧分别设置有一红外热成像仪，分别朝向隧道衬砌上部和两侧边墙，用于采集隧道衬砌的红外温度场；所述车厢上方顶板的尾部还设置有一激光扫描仪用于扫描隧道衬砌轮廓信息，该车厢内部设置有一工控计算机用于采集数据和发出控制信号。优选地，所述门拱框架为三个并排设置，若干个所述线阵相机均匀设置在处于中间的门拱框架上，两侧的门拱框架在每个线阵相机两侧的对应位置上均设置有光源为线阵相机提供照明。在隧道内光线不足的情况下，线阵相机两侧的光源能够为相机补充照明并且避免了光源直射拍照区域，提高相机拍摄的照片质量。优选地，所述空气耦合式屏蔽天线通过天线支撑轴固定在天线支架上，该天线支撑轴可调节空气耦合式屏蔽天线的发射方向和位置。通过调节空气耦合式屏蔽天线的位置，使天线的辐射范围覆盖隧道衬砌断面和隧底，得到隧道截面全面的信息。优选地，所述探地雷达中的一台连接轨道车底板上部的空气耦合式屏蔽天线，另一台连接所述轨道车底板下部的空气耦合式屏蔽天线。优选地，在所述驾驶室上方的顶板一侧和车厢尾部的顶端的一侧还各设置有一激光测距仪用于检测拱顶信号。驾驶室上方的激光测距仪用于检测所述轨道车进入隧道，作为开始检测信号，车厢尾部顶板的激光测距仪用于检测所述轨道车离开隧道，作为结束检测信号。优选地，在所述GPS主机的后侧还设置有一惯性单元，车厢内部还设置有一供电系统提供电源。惯性单元用于在隧道内所述GPS接收机无法接收卫星信号的情况下，获取所述轨道车的位置、姿态数据，测算在隧道内部的高精度位置。而供电系统则为轨道车内部各个设备提供所需的各种电源。按照本专利技术的另一方面，提供了一种铁路隧道全断面的综合检测方法，其特征在于，采用如上所述的轨道车在隧道内进行检测，具体包括以下步骤：S1.根据被检测隧道的断面形状，调节轨道车天线支架上的空气耦合式屏蔽天线的位置，使空气耦合式屏蔽天线发射方向分别指向隧道的拱顶、两侧拱腰及边墙的测线；S2.将轨道车上的工控计算机与线阵相机、探地雷达、GPS接收机、惯性单元、激光扫描仪、红外热成像仪、激光测距仪连接；S3.开动轨道车在被检测隧道内运行，将驾驶室顶端和车厢顶端的激光测距仪检测到的隧道洞口拱顶信号分别作为检测起始点和结束点，轨道车上的线阵相机、探地雷达、激光扫描仪、红外热成像仪在被检测隧道内持续采集被检测隧道的断面数据，并进行存储和初步处理；S4.待被检测隧道的断面数据采集完成后，对步骤S3中各个检测设备所采集到的断面数据进行针对性处理和隧道病害分析处理。进一步优选地，在步骤S2中将GPS接收机和惯性单元所接收到的信息建立位置时间坐标系，并根据该位置时间坐标系，对步骤S3中检测到的被检测隧道的断面数据进行相应的位置时间双参数标定。将检测到的断面数据信息进行位置时间双参数标定，能够将断面数据与隧道位置进行精确地对位，从而获得准确地隧道整体的内部信息。优选地，在步骤S3中，当轨道车平台在隧道内部发生停车时，根据惯性单元的检测信号控制所有检测设备停止检测。采用惯性单元在隧道内所述GPS接收机无法接收卫星信号的情况下，获取所述轨道车的位置、姿态数据，测算在隧道内部的高精度位置，从而给出停车信号，能够减少数据混乱和数据量，即使有检测设备继续检测，也可根据该检测数据标定的位置时间进行多余剔除。优选地，在步骤S4后还包括步骤S5，对步骤S4中分析处理后的隧道病害信息进行人工对比校正和确认，其中，对于处理数据结果出现差异部分进行人工纠正，对于隧道复杂断面全部人工进行处理。通过人工对比校正和确认，能够对复杂情况进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于铁路隧道全断面综合检测的轨道车，其特征在于，包括轨道车底板(1)、设置在轨道车底板(1)前端的驾驶室(2)和设置在轨道车底板(1)尾端的车厢(3)，其中，所述驾驶室(2)顶端的一侧设置有一GPS接收机(12)，该GPS接收机(12)与轨道车底板(1)上的GPS主机(11)相连，获取轨道车的定位信息；所述轨道车底板(1)上靠近驾驶室(2)的最前端设置有门拱框架(4)，门拱框架(4)上均匀设置有若干个线阵相机(5)，所述线阵相机(5)的镜头均朝向外侧以拍摄隧道两侧和顶端的图片，所述门拱框架(4)远离驾驶室(2)的一侧设置有天线支架(7)，所述天线支架(7)上固定有若干组空气耦合式屏蔽天线(8)，在所述轨道车底板(1)下方与车底板上方的天线所处的同一竖直平面内还设置有若干组空气耦合式屏蔽天线(8)，检测隧道衬砌内部状态和隧底病害，所述GPS主机(11)设置在所述天线支架(7)后方，两个探地雷达(10)分别设置在GPS主机(11)的两侧，在探地雷达(10)后侧的轨道车底板(1)上设置有一红外热成像仪支架(14)，在该支架上左右侧和上侧分别设置有一红外热成像仪(15)采集隧道衬砌的红外温度场；所述车厢(3)上方顶板的尾部还设置有一激光扫描仪(17)用于扫描隧道衬砌轮廓信息，该车厢(3)内部设置有一工控计算机(18)用于采集数据和发出控制信号。...

【技术特征摘要】
1.一种用于铁路隧道全断面综合检测的轨道车，其特征在于，包括轨道车底板(1)、设置在轨道车底板(1)前端的驾驶室(2)和设置在轨道车底板(1)尾端的车厢(3)，其中，所述驾驶室(2)顶端的一侧设置有一GPS接收机(12)，该GPS接收机(12)与轨道车底板(1)上的GPS主机(11)相连，获取轨道车的定位信息；所述轨道车底板(1)上靠近驾驶室(2)的最前端设置有门拱框架(4)，门拱框架(4)上均匀设置有若干个线阵相机(5)，所述线阵相机(5)的镜头均朝向外侧以拍摄隧道两侧和顶端的图片，所述门拱框架(4)远离驾驶室(2)的一侧设置有天线支架(7)，所述天线支架(7)上固定有若干组空气耦合式屏蔽天线(8)，在所述轨道车底板(1)下方与车底板上方的天线所处的同一竖直平面内还设置有若干组空气耦合式屏蔽天线(8)，检测隧道衬砌内部状态和隧底病害，所述GPS主机(11)设置在所述天线支架(7)后方，两个探地雷达(10)分别设置在GPS主机(11)的两侧，在探地雷达(10)后侧的轨道车底板(1)上设置有一红外热成像仪支架(14)，在该支架上左右侧和上侧分别设置有一红外热成像仪(15)采集隧道衬砌的红外温度场；所述车厢(3)上方顶板的尾部还设置有一激光扫描仪(17)用于扫描隧道衬砌轮廓信息，该车厢(3)内部设置有一工控计算机(18)用于采集数据和发出控制信号。2.如权利要求1所述的轨道车，其特征在于，所述门拱框架(4)为三个并排设置，若干个所述线阵相机(5)均匀设置在处于中间的门拱框架(4)上，两侧的门拱框架(4)在每个线阵相机(5)两侧的对应位置上均设置有光源(6)为线阵相机(5)提供光源。3.如权利要求1或2所述的轨道车，其特征在于，所述空气耦合式屏蔽天线(8)通过天线支撑轴(9)固定在天线支架(7)上，通过该天线支撑轴(9)调节空气耦合式屏蔽天线(8)的发射方向和位置。4.如权利要求1所述的轨道车，其特征在于，所述探地雷达(10)中的一台连接轨道车底板(1)上部的空气耦合式屏蔽天线(8)，另一台连接所述轨道车底板(1)下部的空气耦合式屏蔽天...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖明清，龚彦峰，王少锋，唐曌，孙文昊，刘浩，薛光桥，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42