本發(fā)明屬于智能巡檢裝置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多功能檢測(cè)車，尤其涉及一種狹窄空間的多功能檢測(cè)車，包括檢測(cè)車結(jié)構(gòu)以及檢測(cè)車控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，近30年來(lái)隧道等長(zhǎng)距離狹窄空間的數(shù)量迅速增加。運(yùn)營(yíng)時(shí)間的逐漸增長(zhǎng)，隧道結(jié)構(gòu)逐漸暴露出程度不同的病害，包括裂縫、滲漏、缺損、錯(cuò)臺(tái)、接縫張開、和腐蝕等。這些病害對(duì)隧道構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。為了應(yīng)對(duì)可能發(fā)生在隧道的重大危險(xiǎn)，隧道運(yùn)營(yíng)維護(hù)和管理部門亟需定期對(duì)隧道進(jìn)行巡檢，收集病害數(shù)據(jù)，監(jiān)視病害發(fā)展情況，以便做出維護(hù)決策。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)隧道的巡檢基本依靠人工目視，配合測(cè)量工具，手工測(cè)量，親自記錄調(diào)查信息，但是人工巡檢效率不高而且測(cè)量精度受限。隨著信息化與自動(dòng)化的普及，無(wú)人巡檢系統(tǒng)逐漸應(yīng)用于公共設(shè)施巡檢領(lǐng)域。由于隧道結(jié)構(gòu)的特殊性，巡檢設(shè)備需要克服以下困難：

(1)隧道結(jié)構(gòu)屬于長(zhǎng)距離狹窄空間，無(wú)法容納大型巡檢設(shè)備，對(duì)小型巡檢設(shè)備也有續(xù)航方面的要求。自動(dòng)導(dǎo)航的引導(dǎo)設(shè)施要穩(wěn)定耐久，而且單位成本要足夠低，以避免長(zhǎng)距離鋪設(shè)的成本超支。此外，小型巡檢設(shè)備要能夠檢測(cè)到隧道頂部以及兩側(cè)的所有位置，不能遺漏。

(2)隧道大部分結(jié)構(gòu)處于無(wú)信號(hào)區(qū)域，無(wú)法使用Wi-Fi和GPS進(jìn)行定位和導(dǎo)航。巡檢設(shè)備需要使用其他方式定位和導(dǎo)航。

(3)雖然有固定光源，但是隧道中依然亮度不佳，一般攝像設(shè)備無(wú)法正常拍攝。巡檢設(shè)備需要攜帶光源，對(duì)于檢測(cè)相機(jī)的感光性能要求高。

(4)隧道中的病害會(huì)對(duì)巡檢設(shè)備產(chǎn)生影響，其中最主要的是滲水，隧道中常常出現(xiàn)潮濕情況。巡檢設(shè)備和導(dǎo)航設(shè)施要有一定的防水防潮能力。

(5)隧道部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，會(huì)存在微小坡度和障礙，巡檢設(shè)備需要具有一定得爬坡能力、防抖能力、避障能力或者是避障機(jī)制。

因此，需要開發(fā)一種自動(dòng)導(dǎo)航的巡檢設(shè)備，使用該設(shè)備可以快速并且較為準(zhǔn)確的巡檢隧道，收集圖像信息。配合圖像處理技術(shù)，可以有效率地將病害信息量化并記錄。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種狹窄空間的多功能檢測(cè)車，通過(guò)在巡檢設(shè)備上安裝導(dǎo)航避障裝置和巡檢裝置，能夠高效、精確、經(jīng)濟(jì)的完成巡檢任務(wù)；自動(dòng)巡檢相比人工巡檢節(jié)省了人力，而且更加全面、精確，也更加安全。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種狹窄空間的多功能檢測(cè)車，所述多功能檢測(cè)車包括：移動(dòng)底盤、至少一伸縮桿、至少一高清攝像機(jī)、至少一陀螺儀云臺(tái)、維修機(jī)械臂、水泥槽、平板電腦、光源、磁導(dǎo)尋跡傳感器、紅外避障傳感器、激光傳感器和射頻識(shí)別模塊；

所述伸縮桿設(shè)置于移動(dòng)底盤上，所述維修機(jī)械臂作為機(jī)械臂高清攝像機(jī)的可替換部件；高清攝像機(jī)、磁導(dǎo)尋跡傳感器、紅外避障傳感器、激光傳感器和射頻識(shí)別模塊分別與平板電腦通訊；

所述的移動(dòng)底盤是具有在狹窄空間自動(dòng)避障性能并且能攀爬微小坡度的履帶式磁導(dǎo)小車底盤，速度至少30cm/s，配有電量至少滿足兩小時(shí)的巡檢工作。底盤寬度不超過(guò)50cm，爬坡能力至少15°，導(dǎo)航方式為軟磁條引導(dǎo)，磁條為50mm寬，1.2mm厚，另需配備加磁設(shè)備，以保障磁性的穩(wěn)定；

所述多功能檢測(cè)車包括三臺(tái)高清攝像機(jī)，每臺(tái)分別安裝在一個(gè)陀螺儀云臺(tái)上，陀螺儀云臺(tái)安裝在伸縮桿上；

其中，第一攝像機(jī)安裝在第一伸縮桿頂部，拍攝方向?yàn)轫敳?；第二攝像機(jī)安裝在第二伸縮桿頂部，拍攝方向?yàn)橛覀?cè)；第三攝像機(jī)安裝在第三伸縮桿頂部，拍攝方向?yàn)樽髠?cè)；

第一伸縮桿安裝在檢測(cè)車中間部位，第二伸縮桿安裝在第一伸縮桿右側(cè)，第三伸縮桿安裝在第一伸縮桿左側(cè)。

每臺(tái)高清攝像機(jī)配備至少128G存儲(chǔ)卡，視頻錄制分辨率至少能到達(dá)1960*1080p，錄制幀數(shù)至少60幀，攝錄范圍至少達(dá)到90°，防抖與補(bǔ)光性能好；

所述多功能檢測(cè)車包括至少一維修機(jī)械臂，作為機(jī)械臂高清攝像機(jī)的可替換部件，放置于伸縮桿上；水泥槽放置于伸縮桿前面，光源右側(cè)，底盤之上，水泥槽安裝有水泥輸送泵，可以通過(guò)膠管將水泥輸送到機(jī)械臂上；

維修機(jī)械臂為三軸機(jī)械手臂，手臂處裝有油灰刀，可用來(lái)涂抹水泥；當(dāng)用維修機(jī)械臂替代高清攝像機(jī)安裝在伸縮桿上時(shí)，檢測(cè)車處于維修模式；通過(guò)伸縮桿，人為操控機(jī)械臂進(jìn)行維修動(dòng)作，將水泥槽書送過(guò)來(lái)的水泥涂抹于待修補(bǔ)處；

所述移動(dòng)底盤設(shè)有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，平板電腦與所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通訊，控制其動(dòng)作；平板電腦放置于伸縮桿后面，穩(wěn)定安裝在地盤之上，裝備有防護(hù)罩，放置水和灰塵損壞平板電腦；在網(wǎng)絡(luò)通信無(wú)障礙的情況下，平板電腦可以通過(guò)Wi-fi與人工操作的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程交互；

平板電腦搭載了機(jī)械控制程序和圖像處理程序；機(jī)械控制程序負(fù)責(zé)控制機(jī)械的行為，通過(guò)串口通信，可操作的動(dòng)作包括：切換巡檢模式、改變行進(jìn)速度，改變前進(jìn)方向、控制伸縮桿伸縮、操控維修機(jī)械臂、設(shè)置RFID站點(diǎn)、設(shè)置陀螺儀云臺(tái)歸位；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)情況良好的時(shí)候，圖像處理工作由平板電腦完成，若沒有網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，圖像由攝像機(jī)攝錄，由圖像處理系統(tǒng)處理；圖像處理程序的操作流程為：獲取視頻流，使用幀差法，設(shè)定一定間隔獲取視頻流中合適的幀畫面，將完整的環(huán)面顯示出來(lái)，然后使用canny算法識(shí)別環(huán)面邊框，設(shè)立位置坐標(biāo)系，最后根據(jù)特征點(diǎn)集，進(jìn)行病害的掃描與匹配；

所述伸縮桿設(shè)有伸縮桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，伸縮桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與平板電腦通訊。三個(gè)伸縮桿并排安裝在檢測(cè)車底盤上，位于小車中間位置，要求拆卸便利，以使檢測(cè)車更方便攜帶；伸縮桿全部伸長(zhǎng)時(shí)至少60cm，伸縮速度至少1cm/s。當(dāng)檢測(cè)車處于自動(dòng)巡檢模式，伸縮桿具有在特定條件下自動(dòng)調(diào)整高度的功能；

所述多功能檢測(cè)車包括4個(gè)紅外漫反射避障傳感器；第一紅外避障傳感器安裝在車體底部的前部；第二紅外避障傳感器安裝在車體底部的尾部；第三紅外避障傳感器安裝在車體左側(cè)，第四紅外避障傳感器安裝在車體右側(cè)，均位于履帶內(nèi)部，檢測(cè)車輪軸處，但不會(huì)干擾到輪軸運(yùn)作；

紅外避障傳感器有外殼保護(hù)，防水防塵，避障范圍為120°避障最遠(yuǎn)距離至少200cm，最近距離不大于10cm；

所述多功能檢測(cè)車包括2個(gè)磁導(dǎo)尋跡傳感器；第一磁導(dǎo)尋跡傳感器朝下安裝在所述車體底部的前部、第一紅外避障傳感器的底部，但不超出第一紅外避障傳感器；第二磁導(dǎo)尋跡傳感器朝下安裝在所述車體底部的尾部、第二紅外避障傳感器的底部，但不超出第一紅外避障傳感器；

所述射頻識(shí)別模塊向下安裝在檢測(cè)車底部的前部，位于第一尋跡傳感器的左側(cè)，RFID標(biāo)志按照射頻識(shí)別模塊和第一尋跡傳感器之間的距離粘貼于磁導(dǎo)航軌道左側(cè)；此外，射頻識(shí)別模塊還應(yīng)用了無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，進(jìn)行無(wú)線通訊；

檢測(cè)車具有自動(dòng)環(huán)號(hào)識(shí)別能力，所述掛載相機(jī)攝錄圖像的同時(shí)和所述平板電腦數(shù)據(jù)交互，平板電腦通過(guò)內(nèi)置圖像處理系統(tǒng)，進(jìn)行對(duì)于環(huán)號(hào)的實(shí)時(shí)計(jì)算；結(jié)合射頻識(shí)別技術(shù)輔助定位，避免誤差的累積；

所述激光傳感器安裝在檢測(cè)車前部，底盤之上。該激光傳感器用于對(duì)狹窄空間的環(huán)面進(jìn)行連續(xù)的掃描，獲得斷面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，使用均勻參數(shù)化法進(jìn)行型值點(diǎn)的參數(shù)化，將NURBS曲線轉(zhuǎn)變?yōu)榫仃囆问?，然后?duì)控制點(diǎn)進(jìn)行反算，最后分段建立NURBS曲線，擬合出斷面。結(jié)合檢測(cè)車的自動(dòng)環(huán)號(hào)識(shí)別功能，可以檢測(cè)出隧道的變形并定位；

結(jié)合射頻識(shí)別模塊和紅外傳感器，檢測(cè)車具有自動(dòng)通過(guò)特定自動(dòng)門的功能；所述自動(dòng)門裝備有射頻識(shí)別裝置以及開關(guān)門控制系統(tǒng)；

檢測(cè)車具有不同的檢測(cè)模式，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況改變檢測(cè)方式；巡檢模式分為：全自動(dòng)模式、半自動(dòng)人工輔助模式、人工控制模式；不同的檢測(cè)模式適用于不同的特征的狹窄空間；全自動(dòng)模式適用于無(wú)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，距離長(zhǎng)的狹窄空間；半自動(dòng)模式適用于有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，距離長(zhǎng)的狹窄空間；人工控制模式適用于距離較短的狹窄空間；所述狹窄控件為不同設(shè)施，或者為同一設(shè)施的不同位置。

一種狹窄空間的多功能檢測(cè)車，所述多功能檢測(cè)車包括：移動(dòng)底盤、至少一伸縮桿、至少一高清攝像機(jī)、至少一陀螺儀云臺(tái)、平板電腦、光源、磁導(dǎo)尋跡傳感器、紅外避障傳感器、激光傳感器和射頻識(shí)別模塊；

伸縮桿設(shè)置于移動(dòng)底盤上；高清攝像機(jī)、磁導(dǎo)尋跡傳感器、紅外避障傳感器、激光傳感器和射頻識(shí)別模塊分別與平板電腦通訊。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述的移動(dòng)底盤是具有在狹窄空間自動(dòng)避障性能并且能攀爬微小坡度的履帶式磁導(dǎo)小車底盤。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述多功能檢測(cè)車包括三臺(tái)高清攝像機(jī)，每臺(tái)分別安裝在一個(gè)陀螺儀云臺(tái)上，每個(gè)陀螺儀云臺(tái)按住安裝在一個(gè)伸縮桿上；其中高清攝像機(jī)可以用維修機(jī)械臂替代，直接安裝在伸縮桿之上。

其中，第一攝像機(jī)安裝在第一伸縮桿頂部，拍攝方向?yàn)轫敳?；第二攝像機(jī)安裝在第二伸縮桿頂部，拍攝方向?yàn)橛覀?cè)；第三攝像機(jī)安裝在第三伸縮桿頂部，拍攝方向?yàn)樽髠?cè)；水泥槽放置于伸縮桿前面，光源右側(cè)。

第一伸縮桿安裝在檢測(cè)車中間部位，第二伸縮桿安裝在第一伸縮桿右側(cè)，第三伸縮桿安裝在第一伸縮桿左側(cè)。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述移動(dòng)底盤設(shè)有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，平板電腦與所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通訊，控制其動(dòng)作。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述伸縮桿設(shè)有伸縮桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，伸縮桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與平板電腦通訊。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述平板電腦與高清攝像機(jī)通過(guò)Wi-fi連接，讀取視頻流數(shù)據(jù)。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述多功能檢測(cè)車包括4個(gè)紅外避障傳感器；第一紅外避障傳感器安裝在車體底部的前部；第二紅外避障傳感器安裝在車體底部的尾部；第三紅外避障傳感器安裝在車體左側(cè)，第四紅外避障傳感器安裝在車體右側(cè)，均位于履帶內(nèi)部，檢測(cè)車輪軸處，但不會(huì)干擾到輪軸運(yùn)作。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述多功能檢測(cè)車包括2個(gè)磁導(dǎo)尋跡傳感器；第一磁導(dǎo)尋跡傳感器朝下安裝在所述車體底部的前部、第一紅外避障傳感器的底部，但不超出第一紅外避障傳感器；第二磁導(dǎo)尋跡傳感器朝下安裝在所述車體底部的尾部、第二紅外避障傳感器的底部，但不超出第一紅外避障傳感器。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述射頻識(shí)別模塊向下安裝在檢測(cè)車底部的前部，位于第一尋跡傳感器的左側(cè)，RFID標(biāo)志按照射頻識(shí)別模塊和第一尋跡傳感器之間的距離粘貼于磁導(dǎo)航軌道左側(cè)。

本發(fā)明所述的檢測(cè)車擁有三種巡檢模式和維修模式，巡檢模式包括：全自動(dòng)模式、半自動(dòng)人工輔助模式和人工控制模式。全自動(dòng)模式是由檢測(cè)車自動(dòng)根據(jù)所鋪設(shè)的磁感應(yīng)軌道進(jìn)行巡檢，過(guò)程中無(wú)需人為操作，耗時(shí)久，沒有網(wǎng)絡(luò)且操作流程簡(jiǎn)單，行進(jìn)路況穩(wěn)定。半自動(dòng)人工輔助模式又，是由檢測(cè)車自動(dòng)行進(jìn)巡檢為主，人工操作為輔的巡檢模式。巡檢過(guò)程中需要有網(wǎng)絡(luò)的支持，需要執(zhí)行全自動(dòng)巡檢以外的動(dòng)作，包括拍攝照片、調(diào)整伸縮桿。人工控制模式完全由人工控制檢測(cè)車前進(jìn)并執(zhí)行操作，適用于路況復(fù)雜，距離短，需要執(zhí)行較多全自動(dòng)模式外操作的狹窄空間。維修模式用于對(duì)于病害的簡(jiǎn)單維修。

檢測(cè)車處于全自動(dòng)模式下的主要操作流程包括：檢測(cè)車行進(jìn)錄制視頻、使用圖像處理系統(tǒng)對(duì)所錄制視頻進(jìn)行處理，獲得病害信息之后由人工進(jìn)行復(fù)檢校驗(yàn)，以確定病害信息。在維修階段，由檢測(cè)車以維修模式，通過(guò)操作維修機(jī)械臂，對(duì)病害進(jìn)行簡(jiǎn)單維修，危險(xiǎn)而復(fù)雜的病害一般需要人工和檢測(cè)車配合修復(fù)。

其中圖像處理程序的操作流程為：獲取視頻流，使用幀差法，設(shè)定一定間隔獲取視頻流中合適的幀畫面，將完整的環(huán)面顯示出來(lái)。然后使用改進(jìn)的邊緣canny算法抓取直線邊緣像素，過(guò)濾無(wú)規(guī)則噪點(diǎn)，使得得到的每個(gè)邊緣寬度都為單像素，通過(guò)計(jì)算出邊緣區(qū)域像素點(diǎn)的梯度值相對(duì)于最大值的方差和平均離散程度，去除強(qiáng)邊緣區(qū)域?qū)?yīng)的像素點(diǎn)，剩下的弱邊緣區(qū)域來(lái)確定低閾值，大幅度檢測(cè)邊緣輪廓。設(shè)立位置坐標(biāo)系，最后通過(guò)聚類出病害的特征點(diǎn)集，進(jìn)行6種病害類型的模糊模型查詢，其中模糊模型查詢包括基于聚類特征點(diǎn)集的紋理特征，形狀特征以及空間關(guān)系，最終由規(guī)定的相似性度量因子決定類型。進(jìn)行病害的掃描與匹配之后，識(shí)別出環(huán)面上的病害，并記錄病害所處的環(huán)面以及位置。

維修模式為檢測(cè)車執(zhí)行維修操作時(shí)所使用的模式，維修模式需要適用于半自動(dòng)巡檢模式的條件。檢測(cè)車處于維修模式時(shí)，會(huì)預(yù)先設(shè)定檢測(cè)車在需要修補(bǔ)的病害出停止，然后由工作人員遠(yuǎn)程操作，使用高清攝像機(jī)進(jìn)行圖像同步傳輸。操作機(jī)械臂和伸縮桿到合適的位置和姿態(tài)，啟動(dòng)水泥泵，將水泥輸送到機(jī)械臂上，均勻涂抹于灰泥刀上。然后執(zhí)行修補(bǔ)程序，根據(jù)預(yù)設(shè)的大小進(jìn)行區(qū)域的涂抹，區(qū)域大小根據(jù)狹窄空間情況提前設(shè)定。最后拍攝修補(bǔ)后的照片，執(zhí)行圖像處理程序，計(jì)算檢驗(yàn)修補(bǔ)是否達(dá)到預(yù)期效果，若沒有，則再次修補(bǔ)，直到符合要求。

本發(fā)明所述的檢測(cè)車具有自動(dòng)識(shí)別環(huán)號(hào)的特點(diǎn)。檢測(cè)車實(shí)時(shí)攝錄的同時(shí)，高清相機(jī)將視頻數(shù)據(jù)傳送到平板電腦中。平板電腦實(shí)時(shí)處理視頻數(shù)據(jù)，首先使用幀差法獲取合適的環(huán)面圖。規(guī)定的巡檢檢測(cè)車速為0.4m/s，當(dāng)且僅當(dāng)檢測(cè)車行駛的里程數(shù)與速度的比值為隧道下環(huán)面長(zhǎng)時(shí)，將這個(gè)比值取為幀差值，并且每隔一個(gè)幀差值取一幀圖像進(jìn)行預(yù)處理。然后使用改進(jìn)的邊緣canny算法，抓取直線邊緣像素，過(guò)濾無(wú)規(guī)則噪點(diǎn)，使得每個(gè)邊緣寬度都為單像素，通過(guò)計(jì)算出邊緣區(qū)域像素點(diǎn)的梯度值相對(duì)于最大值的方差和平均離散程度，去除強(qiáng)邊緣區(qū)域?qū)?yīng)的像素點(diǎn)，剩下的弱邊緣區(qū)域來(lái)確定最低閾值，即可大幅度的檢測(cè)邊緣輪廓。以此識(shí)別每環(huán)邊框，并作為統(tǒng)計(jì)行進(jìn)經(jīng)過(guò)的環(huán)面?zhèn)€數(shù)。為了減少誤差，將整條隧道以防火門或自動(dòng)門切割，經(jīng)過(guò)每個(gè)門的時(shí)候獲得當(dāng)前門所處環(huán)號(hào)作為基本數(shù)值，在兩個(gè)門之間采用環(huán)面邊框計(jì)數(shù)法，累加在基本數(shù)值上，就可以以較小誤差自動(dòng)計(jì)算環(huán)號(hào)。

本發(fā)明所述的檢測(cè)車具有識(shí)別環(huán)面變形的特點(diǎn)。檢測(cè)車所裝備的激光傳感器會(huì)在行進(jìn)過(guò)程中持續(xù)對(duì)環(huán)面進(jìn)行掃描，將得到的斷面點(diǎn)云數(shù)據(jù)發(fā)動(dòng)到平板電腦中儲(chǔ)存。若檢測(cè)車處于全自動(dòng)巡檢模式，則將數(shù)據(jù)保存起來(lái)，巡檢結(jié)束之后由圖像處理平臺(tái)計(jì)算數(shù)據(jù)。若檢測(cè)車處于半自動(dòng)巡檢模式，則將數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送至圖像處理平臺(tái)實(shí)時(shí)處理。點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的方法如下：

1)將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并且導(dǎo)入到matlab中，進(jìn)行NURBS曲線擬合。先使用均勻參數(shù)化法進(jìn)行型值點(diǎn)的參數(shù)化，將控制多邊形看作樣條曲線的外切多邊形，使曲線的分段連接點(diǎn)與控制多邊形頂點(diǎn)或者邊相對(duì)應(yīng)，最后將其展開成直線，進(jìn)行規(guī)范化，得到節(jié)點(diǎn)矢量的計(jì)算參數(shù)序列。節(jié)點(diǎn)矢量計(jì)算方法為：

2)計(jì)算NURBS曲線方程矩陣系數(shù)、切矢量。將NURBS曲線方程表示為矩陣形式。用控制點(diǎn)d_i與權(quán)因子w_i組成帶權(quán)控制點(diǎn)矩陣D_i，系數(shù)矩陣K。將定義在每個(gè)節(jié)點(diǎn)區(qū)間[u_i,u_i+1]上的N_i,2(u)中的參數(shù)u按照u(t)＝(1-t)u_i+tu_i+1(0≤t≤1)做參數(shù)變換。那么第i段對(duì)應(yīng)的曲線矩陣表達(dá)式為：

其中：

3)將NURBS曲線方程表示成矩陣形式，計(jì)算NURBS曲線方程矩陣系數(shù)、切矢量。然后利用NURBS曲線擬合時(shí)利用的型值點(diǎn)對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行反算。采用的邊界條件為取首末端點(diǎn)的切矢條件作為兩個(gè)已知邊界條件附件方程，對(duì)應(yīng)邊界條件方程為：

其中，為首末型值點(diǎn)的切矢。此時(shí)曲線未知控制點(diǎn)的線性方程矩陣形式為：

解該線性方程組即可求得開曲線控制頂點(diǎn)。

4)根據(jù)求得的控制點(diǎn)，分段建立NURBS曲線，擬合隧道斷面。將擬合出的隧道斷面與標(biāo)準(zhǔn)斷面進(jìn)行比對(duì)，可以檢測(cè)出是否存在明顯的變形，在加上檢測(cè)車的環(huán)號(hào)計(jì)數(shù)能力，定位變形病害。

本發(fā)明所述的檢測(cè)車具有自動(dòng)通過(guò)特定自動(dòng)門的特點(diǎn)。自動(dòng)門采用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，會(huì)持續(xù)發(fā)射特定的高頻識(shí)別信號(hào)。通過(guò)紅外傳感器判斷，檢測(cè)車行進(jìn)到識(shí)別范圍內(nèi)，檢測(cè)車的射頻識(shí)別模塊會(huì)持續(xù)接收傳送門發(fā)來(lái)的高頻信號(hào)，若識(shí)別出信號(hào)，檢測(cè)車發(fā)出開門信號(hào)，縮回伸縮桿并關(guān)閉自動(dòng)門檢測(cè)到信號(hào)。自動(dòng)門啟動(dòng)開門程序，讓檢測(cè)車通過(guò)。檢測(cè)車通過(guò)自動(dòng)門之后，若行進(jìn)至紅外傳感器感應(yīng)范圍之外，開啟射頻識(shí)別模塊，識(shí)別到自動(dòng)門發(fā)出的信號(hào)后，伸展伸縮桿，發(fā)出關(guān)門信號(hào)并關(guān)閉射頻識(shí)別模塊。自動(dòng)門接收到信號(hào)后啟動(dòng)關(guān)門程序。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提出的狹窄空間的多功能檢測(cè)車，兼具可操控性和自動(dòng)巡檢能力，履帶式小車能夠攀爬小坡度，磁導(dǎo)航的功能穩(wěn)定，成本低，可以長(zhǎng)距離鋪設(shè)。檢測(cè)車攜帶足夠電源，能夠執(zhí)行長(zhǎng)距離的巡檢任務(wù)。

本發(fā)明攜帶光源并且使用了感光性能強(qiáng)大的攝像機(jī)，能夠適應(yīng)隧道較為陰暗的環(huán)境。使用防水防銹的結(jié)構(gòu)組裝小車，巡檢設(shè)備也具有防水性能和防水裝置，潮濕環(huán)境不會(huì)影響到巡檢過(guò)程。結(jié)合射頻標(biāo)簽進(jìn)行常規(guī)性避障的啟動(dòng)。檢測(cè)車前后都具有避障能力，可以適應(yīng)隧道結(jié)構(gòu)復(fù)雜的環(huán)境與突發(fā)情況。自動(dòng)巡檢相比人工巡檢節(jié)省了人力，而且更加全面、精確，也更加安全。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明狹窄空間的多功能檢測(cè)車的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為射頻識(shí)別模塊和伸縮桿聯(lián)動(dòng)流程圖。

圖3為圖像處理系統(tǒng)流程圖。

圖4為自動(dòng)識(shí)別環(huán)號(hào)系統(tǒng)流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。

實(shí)施例一

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明揭示了一種狹窄空間的多功能檢測(cè)車，包括：移動(dòng)底盤1、伸縮桿2.1、2.2、2.3、高清攝像機(jī)3.1、3.2、3.3、平板電腦4、光源5、磁導(dǎo)尋跡傳感器6.16.2、紅外避障傳感器7.1、7.2、7.3、7.4、激光傳感器8和射頻識(shí)別模塊9。

所述的移動(dòng)底盤1是具有在狹窄空間自動(dòng)避障性能并且可以攀爬微小坡度的履帶式磁導(dǎo)小車底盤。

所述的高清攝像機(jī)共有三臺(tái)3.1、3.2、3.3，每臺(tái)分別安裝在一個(gè)伸縮桿上。其中攝像機(jī)3.1安裝在伸縮桿2.1頂部，拍攝方向?yàn)轫敳?；攝像機(jī)3.2安裝在伸縮桿2.2頂部，拍攝方向?yàn)橛覀?cè)；攝像機(jī)3.3安裝在伸縮桿2.3頂部，拍攝方向?yàn)樽髠?cè)。伸縮桿2.1安裝在檢測(cè)車中間部位，伸縮桿2.2安裝在伸縮桿2.1右側(cè)，伸縮桿2.3安裝在伸縮桿2.1左側(cè)。其中高清攝像機(jī)可以用維修機(jī)械臂替代，安裝在伸縮桿上，位置相同。若裝備機(jī)械臂，則于光源右側(cè)，伸縮桿3.2前面放置水泥槽。

所述的平板電腦4可以人工操控小車的方向：前進(jìn)、停止、返回，控制伸縮桿2.1、2.2、2.3的伸縮以及改變小車的行進(jìn)速度檔位。在處于半自動(dòng)模式下，平板電腦4可以與高清攝像機(jī)3.1、3.2、3.3通過(guò)Wi-Fi連接，讀取視頻流數(shù)據(jù)，通過(guò)圖像處理程序計(jì)算病害信息。

所述的紅外避障傳感器7.1安裝在車體底部的前部；紅外避障傳感器7.2安裝在車體底部的尾部；紅外避障傳感器7.3安裝在車體左側(cè)，紅外避障傳感器7.4安裝在車體右側(cè)，均位于履帶內(nèi)部，檢測(cè)車輪軸處，但不會(huì)干擾到輪軸運(yùn)作。紅外避障傳感器7.1、7.2、7.3、7.4使用漫反射載波方式以進(jìn)行有效避障。

所述的磁導(dǎo)尋跡傳感器6.1朝下安裝在所述車體底部的前部，紅外避障傳感器7.1底部，但不超出紅外避障傳感器7.1；磁導(dǎo)尋跡傳感器6.2朝下安裝在所述車體底部的尾部，紅外避障傳感器7.2底部，但不超出紅外避障傳感器7.1。

所述激光傳感器8安裝在檢測(cè)車前部，放置于伸縮桿2.1之前，底部抬高并固定。激光傳感器8前方不能放置任何遮擋物，抬高高度取決于狹窄空間大小，但不得高于伸縮桿，優(yōu)選方案為加高20cm。

所述的射頻識(shí)別模塊9向下安裝在檢測(cè)車底部的中間部位，RFID標(biāo)志按照射頻識(shí)別模塊9粘貼于磁導(dǎo)航軌道上，與磁導(dǎo)航軌道重疊。若射頻識(shí)別模塊9識(shí)別到RFID標(biāo)志，將會(huì)執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的動(dòng)作。通過(guò)防火門的動(dòng)作組合包括：檢測(cè)車停止移動(dòng)，伸縮桿2.1、2.2、2.3同時(shí)自動(dòng)下降35厘米。35秒過(guò)后，檢測(cè)車啟動(dòng)。經(jīng)過(guò)防火門之后，伸縮桿上升至原來(lái)位置。

如表1所示，所述檢測(cè)車擁有三種巡檢模式，包括：自動(dòng)模式、半自動(dòng)人工輔助模式和人工控制模式。全自動(dòng)模式是由檢測(cè)車自動(dòng)根據(jù)所鋪設(shè)的磁感應(yīng)軌道進(jìn)行巡檢，過(guò)程中無(wú)需人為操作，耗時(shí)久，沒有網(wǎng)絡(luò)且操作流程簡(jiǎn)單，行進(jìn)路況穩(wěn)定。半自動(dòng)人工輔助模式是由檢測(cè)車自動(dòng)行進(jìn)巡檢為主，人工操作為輔的巡檢模式。巡檢過(guò)程中需要有網(wǎng)絡(luò)的支持，需要執(zhí)行全自動(dòng)巡檢以外的動(dòng)作，包括拍攝照片、調(diào)整伸縮桿。人工控制模式完全由人工控制檢測(cè)車前進(jìn)以及執(zhí)行操作，適用于路況復(fù)雜，距離短，需要執(zhí)行較多全自動(dòng)模式外操作的狹窄空間。本實(shí)施例所述為自動(dòng)模式。

如圖2所示，為了順利通過(guò)防火門不造成碰撞，需要射頻識(shí)別模塊21與伸縮桿23聯(lián)動(dòng)。布設(shè)磁導(dǎo)航軌道的時(shí)候，在防火門前1米處放置RFID標(biāo)簽，位于磁導(dǎo)航軌道上，并標(biāo)識(shí)出來(lái)，以便人為校準(zhǔn)。正式檢測(cè)之時(shí)，射頻識(shí)別模塊21會(huì)持續(xù)讀取RFID標(biāo)簽，若識(shí)別出標(biāo)簽，通過(guò)控制系統(tǒng)，控制電源22供電。檢測(cè)車電機(jī)24停止運(yùn)行，三個(gè)伸縮桿33同時(shí)下降到預(yù)設(shè)高度，啟動(dòng)電機(jī)24繼續(xù)前進(jìn)。經(jīng)過(guò)15秒后，檢測(cè)車通過(guò)安全門，開始伸長(zhǎng)伸縮桿23到之前的位置。射頻識(shí)別模塊21繼續(xù)開始讀取RFID標(biāo)志，按照這個(gè)流程反復(fù)。

如圖3所示，高清攝錄機(jī)31會(huì)持續(xù)錄制視頻，平板電腦32通過(guò)Wi-Fi一直與高清攝錄機(jī)相連接，讀取實(shí)時(shí)的視頻流。平板電腦32運(yùn)行圖像處理程序，對(duì)每幀圖像處理，并判斷是否存在病害。若存在病害，則控制高清攝像機(jī)21拍攝病害照片，平板電腦32計(jì)算病害類別和參數(shù)數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)和照片信息保存。按照這個(gè)流程反復(fù)進(jìn)行檢測(cè)。

如圖4所示，高清相機(jī)41會(huì)持續(xù)錄制視頻，平板電腦42通過(guò)Wi-Fi一直與高清攝錄機(jī)相連接，讀取實(shí)時(shí)的視頻流。平板電腦41實(shí)時(shí)檢測(cè)視頻流中出現(xiàn)的防火門和每環(huán)環(huán)面邊框。檢測(cè)到防火門，依據(jù)防火門恒定的位置作為基本點(diǎn)，直到識(shí)別下一個(gè)防火門之前將識(shí)別到的環(huán)面邊框個(gè)數(shù)累加。識(shí)別防火門的同時(shí)校準(zhǔn)對(duì)于環(huán)號(hào)的識(shí)別，可計(jì)算識(shí)別的準(zhǔn)確度。計(jì)算出的環(huán)號(hào)以及所處視頻流中的時(shí)間節(jié)點(diǎn)將保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

綜上所述，本發(fā)明提出的狹窄空間的多功能檢測(cè)車，兼具可操控性和自動(dòng)巡檢能力，履帶式小車能夠攀爬小坡度，磁導(dǎo)航的功能穩(wěn)定，成本低，可以長(zhǎng)距離鋪設(shè)。檢測(cè)車攜帶足夠電源，能夠執(zhí)行長(zhǎng)距離的巡檢任務(wù)。

本發(fā)明攜帶光源并且使用了感光性能強(qiáng)大的攝像機(jī)，能夠適應(yīng)隧道較為陰暗的環(huán)境。使用防水防銹的結(jié)構(gòu)組裝小車，巡檢設(shè)備也具有防水性能和防水裝置，潮濕環(huán)境不會(huì)影響到巡檢過(guò)程。結(jié)合射頻標(biāo)簽進(jìn)行常規(guī)性避障的啟動(dòng)。檢測(cè)車前后都具有避障能力，可以適應(yīng)隧道結(jié)構(gòu)復(fù)雜的環(huán)境與突發(fā)情況。自動(dòng)巡檢相比人工巡檢節(jié)省了人力，而且更加全面、精確，也更加安全。

這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說(shuō)明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。