基于方向线阵技术的车载隧道检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于方向线阵技术的车载隧道检测方法及装置，包括以下步骤：构造24相圆周方向线阵矢量测量坐标系；构建运动方向圆周标尺及多目图像动态校正方法；像素级速度匹配采样行频与像素当量补偿；检测构架相对轨道水平面三维运动坐标校正；涵盖隧道沉降、截面、裂纹、渗漏和隧道限界等病害测量；该基于方向线阵技术的车载隧道检测方法准确性高、适用性强、动态性好、全面性广。

Vehicle tunnel detection method and device based on directional linear array technology

The invention discloses a vehicle tunnel detection method and device based on the direction linear array technology, which comprises the following steps: constructing a 24 phase circle direction linear array vector measurement coordinate system; constructing a moving direction circle scale and a multi eye image dynamic correction method; pixel level speed matching sampling line frequency and pixel equivalent compensation; detecting the three-dimensional motion coordinate correction of the frame relative to the track horizontal plane; including The detection method based on the directional linear array technology has high accuracy, strong applicability, good dynamic and comprehensive.

【技术实现步骤摘要】
基于方向线阵技术的车载隧道检测方法及装置
本专利技术涉及一种隧道安全检测领域，是一种基于方向线阵技术的车载隧道检测方法及装置。
技术介绍
隧道在铁路和地铁行业是重要基础设施，我国隧道建设公里数无论是铁路与地铁，已经在全球占据第一位。铁路隧道病害直接关系到铁路运输安全。据不完全统计，截至2009年底，我国建成的铁路隧道总长超过7000km，规划在2020年前规划建设总长超过9000km。运营隧道围岩在长期线路荷载振动、地质、水文等共同作用下，会出现隧道病害，病害影响运营的约占隧道总数的30％。城市地铁隧道病害则由于城市建设影响发生频度较高，裂缝、渗漏、壳体变形与隧道沉降困扰着运营维护部门并耗费了大量人力、物力。隧道检测工作主要是人工加便携仪器、车载检测组成，检测方法有：超声波检测法、冲击波检测法、光纤传感检测法及图像检测法。车载图像检测方法作为新兴技术越来越多被研究与使用：一，激光扫描技术：采用激光扫描仪扫描隧道轮廓；通过位移传感监测车体测量系坐标；激光轮盘测速。二，面阵相机扫描技术：采用多面阵相机组成圆周轮廓测量；图像合成拼接技术；激光位移补偿车体坐标系。三，采用激光测距与面阵相机测表面裂纹的隧道混合测量方法等。目前隧道车载检测问题：1.准确性-裂缝识别率低且几何形状变形测不准。2.适用性-只满足20公里/h以下检测速度；地铁隧道遮挡干扰会无法测量。3.动态性-激光扫描与面阵相机稀疏采样检测间隔大导致漏检漏测。4.全面性-隧道沉降测量仍大量采用人工检查测量。既有技术方法的简单描述：激光测距法：成熟激光测距技术；算法简单；检测系统造价低；与人工激光测距仪使用方法类同易于理解。但检测精度低；结构复杂；隧道裂缝、表面小形状无法测量；未解决隧道沉降测量。激光测距法主要是传感器工艺限制：激光扫描式传感器采样是点对点测量方式；通过旋转式机械结构最高约200～300Hz扫描；距离、速度、激光器输出光斑、隧道截面反射系数等均会影响测量精度；局部小面积变形因工艺结构原因偏差大而无法测量；隧道测量范围最大分辨误差约5mm。图像采样合成法：结构简单、集成化程度高；中长波变形测量；构架安装简单；图像分析技术原理简单易被接受。但测量方法、采样行频限制了精度；小区域范围容易漏判误判；低速测量；相机采样同步性差导致拼接困难；未解决隧道沉降检查测量。多面阵相机组合式方法理论上测量精度很高；采样同步性ms级差异影响会产生拼接问题；图像定位不确定性导致计算误差大；由于同步性、定位不确定性导致校正方法复杂；只能低速情况下测量；传感器稀疏采样30～50帧/s不能测量细小局部变形。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种准确性高、适用性强、动态性好、全面性广的基于方向线阵技术的车载隧道检测方法及装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
技术实现思路
之一：构造24相圆周方向线阵空间测量坐标系构造稳定的列车车尾中部检测安装构架；安装正矩形线阵与45°矩形线阵并在构架的运动方向距离200mm；线阵测量方向与道床水平面垂直；如此构造的运动三维坐标系测量隧道圆周方向共24相并具有运动方向标尺；安装构架设计自动旋转机构使检测模块工作于圆周垂直向上0°和180°两种检测模式。
技术实现思路
之二：构建运动方向标尺及多目图像动态校正方法列车运动时隧道内任意的特征被双矩形线阵相机捕获并通过标尺计算此时的准确速度与运动方向的像素当量；设定的标尺成为任意小局部200mm*200mm的隧道曲面测量工具，因为小曲面每点到相机距离相等；即双矩形线阵的交叉重叠(单截面同步测量和双截面准同步测量的重叠部分)图像采样部分实现了隧道圆周截面方向的动态实时计算与校正。
技术实现思路
之三：测量误差控制与像素当量补偿线阵器件选型与密集连续保证了系统测量精度；采样列车速度被准确测量以跟踪线阵采样行频；跟踪误差和延迟会被运动方向标尺标定并换算为像素当量补偿；x向标尺在成像中旋转90°得到弧线(小局部呈直线)的像素当量并简单换算为物距；该种方法实现了不失真采样、像素当量维度转换和大空间测量。
技术实现思路
之四：检测构架相对轨道水平面三维运动坐标校正轨道轨距、轨向、高低测量-由布置向下线阵组成的三目图像测量分析系统完成；构架高度测量与轨道中部高程标记测量-构架高度测量也是由向下线阵组成三目图像完成；车站高程标记、隧道区间高程标记均为引入的高程、方位参考；
技术实现思路
之五：涵盖隧道沉降、截面、裂纹、渗漏等病害测量由于
技术实现思路
四引入的高程、方位参考测量解决了隧道纵向沉降测量难题；由于以上四项
技术实现思路
全面实现了涵盖隧道沉降、截面、裂纹、渗漏等病害测量。
技术实现思路
之六：涵盖隧道限界、轨道测量、接触网和线路里程测量由
技术实现思路
之一～四项实现了隧道限界即行车安全的设备、站台、建筑限界测量、轨道几何测量、隧道内外的接触网测量和线路里程等辅助测量。本专利技术的有益效果是：1)满足144公里/h及以上速度测量；2)适应各种不同隧道病害测量尤其是小局部隧道病害测量；3)传感器的自动校准保证了测量长期稳定性；4)实时病害分类管理和现场图片可视化监测；5)准确定位便于现场确认；6)准确测量道床水平中心线与隧道中心线的空间移动；7)方法先进、设备简约、高效和准确、可靠。附图说明图1为构造方向线阵技术车载检测系统坐标系示意图；图2为24相测量区域的双圆周分布原理示意图；图3为基于方向线阵技术的车载隧道检测装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。在以下实施例中，图1的坐标系定义采用右手坐标系，且各参数定义如下：x轴指向页里面为正，表示车体的行进方向；x轴顺时针旋转90°；定义为y轴正方向；y轴顺时针旋转90°；定义为z轴正方向；角φ表示航向偏角，正值由x轴方向转向y轴方向，即向右偏转；角θ表示滚动偏角，正值由y轴方向转向z轴方向，即左轨抬高；角ψ表示倾斜偏差，正值由x轴方向转向z轴方向，即坡度角。一种基于方向线阵技术的车载隧道检测方法，包括以下步骤：具体实施步骤之一：构造24相圆周方向线阵空间测量坐标系如图2所示，检测系统组成-构造双矩形线阵实现双圆周的测量坐标系：1.检测构架-构造稳定的检测安装构架：抗振、防水并安装于列车车尾中部，安装构架设计自动旋转机构使检测模块工作于圆周垂直向上0°和180°两种检测模式；如此可以实现动态的上下、左右传感器一致性校准；2.正矩形线阵-安装于检测构架外部中心位置；线阵测量方向与道床水平面垂直；与45°矩形线阵构造三维坐标系测量隧道x、y、z向变形；测量隧道直径、隧道表面状态；测量轨道几何参数修正量；测量车站、隧道区间高程标志和精密测速、计算里程位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于方向线阵技术的车载隧道检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1）构造方向线阵空间矢量测量坐标系/n在检测车上装载具有转动功能的检测构架，并在检测构架上安装第一线阵和第二线阵来构造xyz三维坐标系，第一线阵与第二线阵上皆安装有一个以上的线阵相机组成，且第一线阵与第二线阵在x向具有间距、在y向具有夹角、在z向具有重叠面，其中，x向为列车运动方向，y向为平行轨面垂直于运动方向，z向为垂直于轨平面；/n2）构建运动方向标尺及多目图像动态校正/n以第一线阵与第二线阵在x向具有的间距作为运动方向标尺，并使设定的运动方向标尺成为任意局部的隧道曲面测量工具，最终由检测构架至轨道距离、轨道宽度的大数据溯源至第一线阵和第二线阵实现自校准，在检测构架上安装光纤陀螺，并针对光纤陀螺与线阵坐标一致性进行校准。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于方向线阵技术的车载隧道检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）构造方向线阵空间矢量测量坐标系
在检测车上装载具有转动功能的检测构架，并在检测构架上安装第一线阵和第二线阵来构造xyz三维坐标系，第一线阵与第二线阵上皆安装有一个以上的线阵相机组成，且第一线阵与第二线阵在x向具有间距、在y向具有夹角、在z向具有重叠面，其中，x向为列车运动方向，y向为平行轨面垂直于运动方向，z向为垂直于轨平面；
2）构建运动方向标尺及多目图像动态校正
以第一线阵与第二线阵在x向具有的间距作为运动方向标尺，并使设定的运动方向标尺成为任意局部的隧道曲面测量工具，最终由检测构架至轨道距离、轨道宽度的大数据溯源至第一线阵和第二线阵实现自校准，在检测构架上安装光纤陀螺，并针对光纤陀螺与线阵坐标一致性进行校准。


2.根据权利要求1所述的基于方向线阵技术的车载隧道检测方法，其特征在于，还包括有以下步骤：
1）误差控制：x向标尺在成像中旋转90°得到弧线的像素当量并换算为物距，以上x向与弧线方向的连续统计解析得出当前测量精密的圆周弧长段并通过若干弧长段拟合所代表垂向距离；
2）圆周弧线误差：每次扫描2行，其工艺决定了圆弧测量像素当量与x向同步测量2行之间像素当量相同，x向像素当量可以解调速度变量后引入圆弧线测量。


3.根据权利要求2所述的基于方向线阵技术的车载隧道检测方法，其特征在于，还包括有以下步骤：
1）轨道轨距测量：轨道测量由布置向下的线阵C、f、g组成的三目图像测量分析系统完成；
2）检测构架高度测量与轨道中部高程标记测量-构架高度测量也是由C、f、g组成三目图像完成；
3）轨道几何与高程测量修正检测构架坐标系。
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【专利技术属性】
技术研发人员：邹至刚，
申请(专利权)人：广州市奥特创通测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44