基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统及方法，在爬壁机器人爬行过程中，将放射性监测信息和各个时刻的坐标位置信息以及拍照获取的图像信息通过无线传输系统传到洞外风险评估处理室。洞外获得信息立即分析处理后，再次通过无线传输系统将处理结果传递给爬行机器人的反馈接收系统，机器人根据放射性含量值是否超标选择是否预警定位。本发明专利技术具有功能齐全、安全高效、对隧道无损伤、操作简单、节省人力物力等优点。

Intelligent sensing and monitoring system for radon in tunnel based on wall climbing robot and its method

The invention discloses an intelligent monitoring system and method for radioactive radon in tunnel based on wall-climbing robot. During the climbing process of wall-climbing robot, the radioactive monitoring information, coordinate position information of each moment and image information obtained by photographing are transmitted to the outside risk assessment processing room through wireless transmission system. After the information obtained outside the hole is analyzed and processed immediately, the processing result is transmitted to the feedback receiving system of the crawling robot through the wireless transmission system again. The robot selects whether to warn and locate according to whether the radioactivity content exceeds the standard or not. The invention has the advantages of complete function, safety and high efficiency, no damage to the tunnel, simple operation, saving manpower and material resources, etc.

【技术实现步骤摘要】
基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统及方法
本专利技术涉及一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统及方法。
技术介绍
随着我国经济建设的飞速发展，越来越多的大埋深大断面铁路公路隧道开始出现，穿过的火成岩隧道也越来越多，而火成岩隧道中可能含有大量的放射性物质。氡气浓度高的地方常常地下水较多，部分地方还有构造裂隙。在建隧道中这些特征都比较常见，有利于氡的扩散和富集。人体所受天然辐射，主要有宇宙射线、陆地γ射线、体内放射性核素及氡四部分，其中氡所照射份额最大。氡对人体的辐射伤害占人体所受到的全部环境辐射中的55％以上，对人体健康威胁极大，其发病潜伏期大多都在15年以上。医学研究已经证实，氡气还可能引起白血病、胎儿畸形遗传等后果。因此，在实际工程中，必须考虑到放射性物质带来的不良影响，隧道内放射性监测也成为现场施工中必须考虑到的重点。目前，隧道内进行放射性氡监测面临着一系列难以处理的问题。具体问题如下：1.一般隧道内放射性氡监测时都是人工带着放射性氡检测仪到现场进行监测。对于监测工人来说，长时间地进行这样的重复性劳动必然会受到放射性氡对自身的伤害。2.放射性氡检测仪一般在检测后很难迅速得出测量结果，无法及时判断所测区域的放射性氡的含量是否超标；3.隧道内空间较大范围广，人工检测必然需要耗费大量人力物力，检测效率低下，难以满足隧道施工进度要求；4.隧道内现场进行放射性监测时，掌子面或者崎岖路段的废渣区，是比较危险的区域，如果贸然带着测量仪器到该位置进行监测，此过程非常不便并存在安全风险；对于隧道内比较高或死角处，如果不借助第三方平台将很难对该位置进行放射性监测，这样的监测结果具有片面性。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统及方法。本专利技术具有安全高效、方便快捷、监测结果准确等优点。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一目的是提供一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统，包括爬壁机器人主体，所述爬壁机器人主体内设置有氡监测系统、坐标定位系统、智能感知系统、无线传输系统、反馈系统和探测系统；所述探测系统包括设置于爬壁机器人主体与墙面接触处的若干放射性探头、可伸缩性放射性氡监测探头和距离传感器；所述氡监测系统接收放射性探头、可伸缩性放射性氡监测探头的采集数据，对爬行区域及周围区域进行放射性氡监测，获得机器人所爬行周围区域的放射性含量；所述坐标定位系统，被配置为记录爬壁机器人主体各个时刻的位置信息，作为控制机器人爬行路线的基准；所述智能感知系统，接收距离传感器的采集数据，感知爬壁机器人主体附近的障碍物信息，进行实时的路线规划与调整；所述无线传输系统，将机器人所爬行周围区域的放射性含量以及机器人爬行路线传输到远程服务端，并接收远程服务端的控制指令；所述反馈系统，根据控制指令控制爬壁机器人主体的运动。进一步的，爬壁机器人主体与墙面接触处设至少两个放射性探头，爬壁机器人主体的四周各布设至少一个可伸缩性放射性氡监测探头。更进一步的，爬壁机器人主体腹部的放射性监测探头获得爬行经过区域的放射性信息，四周的探头会自动伸出，对经过区域的四周进行监测，获取某个位置及附近全方面的放射性信息及变化情况。进一步的，所述爬壁机器人主体上设置有至少一个图像采集模块，采集隧道内的图像。进一步的，所述距离传感器设在机器人四周的可伸缩性放射性氡监测探头上，能感知机器人四周的物体信息，结合智能感知系统控制并选择机器人的最优行走路线。进一步的，所述爬壁机器人主体上设置有指示灯，通过指示灯的变化指示所测区域放射性含量范围。进一步的，所述爬壁机器人主体通过无线传输系统接收远程服务端反馈的放射性含量值。进一步的，所述爬壁机器人主体上设置有摄像头，摄像头根据机器人自动转弯功能自动转动方向，可全方位得进行监测，结合坐标定位系统提供爬壁机器人主体所在位置和位置环境。本专利技术的第二目的提供一种基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：爬壁机器人在隧道内一侧处进入预先设定的工作路线起点，启动放射性智能感知系统等，正式开始监测工作模式；爬壁机器人沿隧道内壁爬行，沿着拱形预定路线进行爬行和测量，在爬行过程中，机器人腹部放射性氡探头和四周可伸缩性探头不断地获得所经过区域的放射性信息，四周探头会根据四周有无障碍物选择性地伸出能够测量的最大范围；拱形路线如果遇到障碍物，智能感知系统则自动根据传感器获得的信息判断选择下一步路线，绕开障碍物；机器人通过无线传输系统将测得的放射性信息和位置信息传递给远程服务端，机器人内部的反馈系统及时通过无线传输系统获得远程服务端的指令，选择预警并定位或者继续爬行监测；不断重复，监测下一拱形路线区域及掌子面的放射性含量。进一步的，爬壁机器人根据放射性含量值是否超标选择是否预警定位，若放射性氡含量不超标，指示灯显示正常爬行监测；若氡含量超标，爬壁机器人指示灯进行相应的显示，并自动把坐标位置信息及照片信息传到远程服务端，完成预警与定位。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术大量地减少了人力物力财力，同时降低了人工作业的安全风险；2、本专利技术能够更加全方位地对隧道内进行放射性氡监测，获得隧道内各个区域的放射性信息，能在极短的时间内获得机器人爬行经过区域的放射性含量值，为后续处理工作赢得了充分有效的时间，有效保证了隧道内工人的安全作业；3、本专利技术获得的隧道内全方位的放射性含量信息为学者研究隧道内放射性氡的预测走势等等科学问题带来了宝贵的数据信息；4、本专利技术能有效地根据智能感知系统选择最优路线进行监测，避免了因障碍物碰撞等造成破坏而影响了隧道内施工进度。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本专利技术整体结构示意图；图2为本专利技术隧道内爬行监测示意图；图3为本专利技术操作步骤简化流程图。图4为本专利技术探头与传感器示意图；其中，1.腹部放射性探头2.四周放射性探头3.传感器4.摄像头5.指示灯6.伸缩性节点7.爬行路线8.掌子面9.爬壁机器人。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本专利技术中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本专利技术各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本专利技术中任一部件或元件，不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统，其特征是：包括爬壁机器人主体，所述爬壁机器人主体内设置有氡监测系统、坐标定位系统、智能感知系统、无线传输系统、反馈系统和探测系统；所述探测系统包括设置于爬壁机器人主体与墙面接触处的若干放射性探头、可伸缩性放射性氡监测探头和距离传感器；所述氡监测系统接收放射性探头、可伸缩性放射性氡监测探头的采集数据，对爬行区域及周围区域进行放射性氡监测，获得机器人所爬行周围区域的放射性含量；所述坐标定位系统，被配置为记录爬壁机器人主体各个时刻的位置信息，作为控制机器人爬行路线的基准；所述智能感知系统，接收距离传感器的采集数据，感知爬壁机器人主体附近的障碍物信息，进行实时的路线规划与调整；所述无线传输系统，将机器人所爬行周围区域的放射性含量以及机器人爬行路线传输到远程服务端，并接收远程服务端的控制指令；所述反馈系统，根据控制指令控制爬壁机器人主体的运动。

【技术特征摘要】
1.一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统，其特征是：包括爬壁机器人主体，所述爬壁机器人主体内设置有氡监测系统、坐标定位系统、智能感知系统、无线传输系统、反馈系统和探测系统；所述探测系统包括设置于爬壁机器人主体与墙面接触处的若干放射性探头、可伸缩性放射性氡监测探头和距离传感器；所述氡监测系统接收放射性探头、可伸缩性放射性氡监测探头的采集数据，对爬行区域及周围区域进行放射性氡监测，获得机器人所爬行周围区域的放射性含量；所述坐标定位系统，被配置为记录爬壁机器人主体各个时刻的位置信息，作为控制机器人爬行路线的基准；所述智能感知系统，接收距离传感器的采集数据，感知爬壁机器人主体附近的障碍物信息，进行实时的路线规划与调整；所述无线传输系统，将机器人所爬行周围区域的放射性含量以及机器人爬行路线传输到远程服务端，并接收远程服务端的控制指令；所述反馈系统，根据控制指令控制爬壁机器人主体的运动。2.如权利要求1所述的一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统，其特征是：爬壁机器人主体与墙面接触处设至少两个放射性探头，爬壁机器人主体的四周各布设至少一个可伸缩性放射性氡监测探头。3.如权利要求2所述的一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统，其特征是：爬壁机器人主体腹部的放射性监测探头获得爬行经过区域的放射性信息，四周的探头会自动伸出，对经过区域的四周进行监测，获取某个位置及附近全方面的放射性信息及变化情况。4.如权利要求1所述的一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统，其特征是：所述爬壁机器人主体上设置有至少一个图像采集模块，采集隧道内的图像。5.如权利要求1所述的一种基于爬壁机器人的隧道内放射性氡智能感知监测系统，其特征是：所述距离传感器设在机器人四周的可伸缩性放射性氡监测探头上，能感知机器人四周的...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛翊国，李广坤，李术才，王萌，邱道宏，苏茂鑫，屈聪，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37