本發(fā)明屬于傳感器控制技術領域，具體而言，涉及一種隧道檢測車多傳感器控制系統(tǒng)，利用多種類型的傳感器信息，提升對隧道病害的檢測效果。

背景技術：

隨著我國高速公路迅猛發(fā)展，其養(yǎng)護問題越來越凸顯出來。龐大的養(yǎng)護基數(shù)及快速增長的養(yǎng)護需求使得我國高速公路養(yǎng)護任務繁重而迫切，養(yǎng)護工作呈現(xiàn)出養(yǎng)護面廣、工作量大、養(yǎng)護周期縮短、養(yǎng)護資金需求增大的趨勢。

由于地質(zhì)條件、地形條件、氣候條件和設計、施工、運營過程中各種因素的影響，隧道在長期的使用過程中比普通道路更容易出現(xiàn)病害，如襯砌開裂、隧道滲漏水、隧道凍害、襯砌腐蝕等。這些病害既影響了隧道作為快速安全交通通道的功能，又嚴重危及行車安全。

目前，基于圖像處理技術的路面檢測車已經(jīng)有大量的成熟應用，而由于隧道環(huán)境復雜、光照條件差等特點，隧道檢測車還鮮有應用。當前國內(nèi)對于隧道狀況檢測的工作，是以人工檢測為主要方式。而這種傳統(tǒng)的檢測方法已越來越不能適應發(fā)展的要求，其主要問題在于：耗時、耗人力、效率低下，很難做到檢測的周期性和及時性；工作條件十分惡劣、檢測人員安全無法得到保證、影響交通正常運行；無法對檢測結(jié)果進行重復判讀，驗證其準確性。因此，隧道檢測技術要求從人工檢測向智能自動化檢測方向發(fā)展。

隧道檢測車的基本原理是通過基于CCD圖像傳感器制作的工業(yè)相機拍攝隧道襯砌獲取圖像信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)存儲在計算機中，然后再通過軟件對圖像進行處理，獲取病害尺寸、位置等信息，以便于進一步對隧道襯砌狀況的監(jiān)測以及對病害的防治。

車載設備檢測法之所以能夠作為一種有效動態(tài)的測量手段，是因為在于所拍攝的圖片與實際物體中的尺寸的對應性。以4k分辨率的線陣相機為例，相機每一次拍攝獲得的圖片是一張4096×1像素的圖像，信息都是隧道斷面襯砌表面的一小部分，經(jīng)過圖像處理之后呈現(xiàn)出的是整體隧道襯砌表面圖。因此為了獲得連續(xù)的圖片，要求線陣相機所拍的幀幅數(shù)與檢測車的行進速度相匹配。在路面檢測車的應用中，通常采用安裝在汽車輪轂上的編碼器來進行車速匹配。同時，由于人為駕駛原因，汽車時刻在隧道斷面中的位置不能保持一致，可能導致相機鏡頭與隧道內(nèi)壁的距離不一致，鏡頭與隧道內(nèi)壁的夾角不一致。使得拍攝出的圖片存在一定失真的情況，因此需要利用多種傳感器實時記錄相機拍照時的具體環(huán)境信息，以保證在后期的圖像處理過程中有據(jù)可依，消除這些因素的干擾，使圖像處理結(jié)果更加準確。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有隧道檢測主要依靠人工手段，不能適應新的隧道養(yǎng)護發(fā)展的新需求?；趫D像處理技術，利用線陣相機以及利用編碼器觸發(fā)線陣相機拍攝隧道襯砌圖片，利用激光掃描儀、照度儀等多種傳感器獲取隧道內(nèi)環(huán)境信息，利用陀螺儀記錄汽車行駛姿態(tài)，輔助進行圖像處理，實現(xiàn)隧道檢測的智能化、自動化。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種隧道檢測車多傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于，包括汽油發(fā)電機、UPS不間斷電源、開關電源、線陣相機、激光光源、編碼器、脈沖分配器、激光掃描儀、陀螺儀、照度儀、工控機。

可選的，本發(fā)明采用汽油發(fā)電機、UPS不間斷電源、開關電源為整個系統(tǒng)供電；汽油發(fā)電機額定功率不小于1500W；UPS不間斷電源與發(fā)電機連接，可在2000W功耗下提供不小于30分鐘額外電力；開關電源與發(fā)電機連接，額定功率不小于480W，電壓12V，并置于車內(nèi)。

可選的，本發(fā)明所采用的線陣相機分辨率不小于4k，圖片為黑白或彩色，數(shù)據(jù)接口為以太網(wǎng)或者Cameralink，供電電壓12V，通過開關電源供電；相機通過數(shù)據(jù)線與工控機連接，可采用RS422或TTL信號作為拍攝觸發(fā)信號。

可選的，本發(fā)明所采用的激光光源通過開關電源供電，功率不小于7W，并且可調(diào)節(jié)光源亮度。

可選的，本發(fā)明所采用的編碼器為可編程增量型編碼器，分辨率1-10000可調(diào)節(jié)，供電電壓5-24V，輸出信號為5V TTL信號。將其安裝在汽車輪轂上，與輪轂同軸轉(zhuǎn)動，通過開關電源供電，輸出信號與脈沖分配器相連。

可選的，本發(fā)明所采用的脈沖分配器可將編碼器信號分出4路以上的同步信號，信號時延小于700ns，并且不丟失脈沖信號。分出的信號分別與線陣相機、激光掃描儀相連，放置于車內(nèi)。

可選的，本發(fā)明所采用的激光掃描儀，并將其固定與車頂上，通過網(wǎng)線與工控機連接，可測量隧道斷面輪廓，掃描頻率不小于25Hz，供電電壓12V，精度大于15mm，數(shù)據(jù)接口為以太網(wǎng)。

可選的，本發(fā)明所采用的陀螺儀可給出三軸方向上的線加速度和姿態(tài)角，加速度線性度小于±50mg，方向分辨率小于0.1deg。陀螺儀固定于車頂上，通過RS232串口線與工控機連接，實時測量汽車行進姿態(tài)，以便于后期圖像處理對由于汽車行進姿態(tài)引起的圖片變形進行調(diào)整。同時結(jié)合方向角與激光掃描儀測得的隧道斷面輪廓數(shù)據(jù)，可將隧道的實際三維輪廓描繪出來。

可選的，本發(fā)明所采用的照度儀，將其固定與車頂上，可以實時測量隧道內(nèi)的光照條件，通過數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)傳回工控機，并根據(jù)光強度隨時通過RS485通訊調(diào)節(jié)激光光源亮度以保證相機拍攝正常曝光。供電電壓12～30V，輸出信號DC0～10V或DC4～20mA，量程0～10000W/m²。

可選的，本發(fā)明所采用的工控機處理器為Intel I5級別以上，配有不小于20TB的磁盤陣列，采用RAID0結(jié)構。并配有四通道網(wǎng)卡、編碼計數(shù)卡與模擬量輸入卡。

本發(fā)明采用可編程編碼器，可調(diào)節(jié)編碼器分辨率以適應不同的照片分辨率要求。同時，利用激光掃描儀、照度儀等多種傳感器采集隧道內(nèi)環(huán)境信息，利用陀螺儀記錄汽車行駛姿態(tài)，輔助后期圖像處理工作，使圖像處理結(jié)果更加準確。采用了raid0結(jié)構的磁盤陣列工控機，提升了系統(tǒng)運行效率。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明實施例中隧道檢測車多傳感器控制系統(tǒng)的控制原理結(jié)構示意性框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例和附圖1對本發(fā)明所述的隧道檢測車多傳感器控制系統(tǒng)做進一步說明，但是本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

附圖1是本發(fā)明實施例中隧道檢測車多傳感器控制系統(tǒng)的控制原理結(jié)構示意性框圖。如圖1中所示，所述隧道檢測車多傳感器控制系統(tǒng)，包括汽油發(fā)電機、UPS不間斷電源、開關電源、線陣相機、激光光源、編碼器、脈沖分配器、激光掃描儀、陀螺儀、照度儀、工控機。

發(fā)電機采用武藤汽油發(fā)電機額定電壓230V，額定輸出功率1600W，最大功率2000W。

發(fā)電機為UPS供電，UPS不間斷電源采用山特C3KS 3KVA 2400W，后備延時30分鐘。與UPS相連的開關電源采用明緯SP-480-12機殼式開關電源，輸入電壓230V，額定輸出480W，直流電壓12V。

線陣相機采用Dalsa公司的LA-GM-04K08A-00-R，分辨率4K，黑白照片，數(shù)據(jù)接口為以太網(wǎng)，供電電壓12V，利用開關電源供電，可采用RS422或TTL信號作為拍攝觸發(fā)信號。

激光光源采用Coherent公司的Magnum II Laser，供電電壓12V，利用開關電源供電，功率7W，可通過RS485信號線與工控機相連，并以此調(diào)節(jié)光源亮度。

編碼器采用Sick公司的DFS60B-BEPC10000可編程增量型編碼器，分辨率1-10000可調(diào)節(jié)，供電電壓5-24V，輸出信號為5V TTL信號。將其安裝在汽車輪轂上，與輪轂同軸轉(zhuǎn)動，通過開關電源供電，輸出信號與脈沖分配器相連。脈沖分配器采用西安同步電子科技有限公司的SYN5006型，可將編碼器信號分出6路的同步信號，信號時延小于700ns，并且不丟失脈沖信號，適應于RS422、TTL、HTL等各類信號。編碼器的輸出信號與脈沖分配器的輸入端口相連。

激光掃描儀采用Sick公司的LMS111-10100，并將其固定與車頂上，通過網(wǎng)線與工控機連接，可測量隧道內(nèi)輪廓，掃描頻率50Hz，供電電壓12V，精度大于15mm，數(shù)據(jù)接口為以太網(wǎng)?？山尤刖幋a器信號，用于在隧道內(nèi)定位。

陀螺儀采用陜西航天長城測控有限公司的IMU微型陀螺測量系統(tǒng)MIN-900-2。可給出三軸方向上的線加速度和姿態(tài)角，加速度線性度小于±40mg，方向分辨率小于0.1deg。將其固定與車頂上，實時測量汽車行進姿態(tài)，以便于后期圖像處理對由于汽車行進姿態(tài)引起的圖片變形進行調(diào)整。同時結(jié)合方向角與激光掃描儀測得的隧道斷面輪廓數(shù)據(jù)，可將隧道的實際三維輪廓描繪出來。

照度儀采用西門子QLS60，供電電壓12～30V，輸出信號4～20mA，量程0～10000W/m²。通過數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)傳回工控機，根據(jù)光強度隨時通過RS485通訊調(diào)節(jié)激光光源亮度以保證相機拍攝正常曝光。

工控機具體配置為Intel I5CPU，配備20塊2T組成的磁盤陣列，采用RAID0結(jié)構，實際大小36TB，硬盤讀寫速度達1000MB/s以上。主板配有多個PCI擴展插槽。另配有四口千兆網(wǎng)卡用于傳輸線陣相機與激光掃描儀的數(shù)據(jù)，研華PCI-1784U編碼器計數(shù)卡用于記錄編碼器讀數(shù)，以及研華PCI-1714模擬量輸入卡用于讀取照度儀的讀數(shù)。

所述系統(tǒng)由汽油發(fā)電機、UPS不間斷電源、開關電源進行供電。編碼器安裝在汽車輪轂上，在汽車行進過程中與輪轂同軸轉(zhuǎn)動，根據(jù)不同車速提供與之適配的脈沖頻率觸發(fā)線陣相機進行拍照。通過激光掃描儀實時測量隧道內(nèi)輪廓，根據(jù)照度儀讀數(shù)實時調(diào)整激光光源亮度。通過陀螺儀記錄汽車行駛姿態(tài)。本發(fā)明創(chuàng)新的采用可編程編碼器，可調(diào)節(jié)編碼器分辨率以適應不同的照片分辨率要求。同時，利用激光掃描儀、陀螺儀、照度儀等多種傳感器采集隧道內(nèi)環(huán)境信息以及汽車行駛姿態(tài)，輔助后期圖像處理工作，使圖像處理結(jié)果更加準確。采用了raid0結(jié)構的磁盤陣列工控機，提升了系統(tǒng)運行效率。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領域內(nèi)的普通技術人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護范圍。