車載式隧道全空間裂隙網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)成像與預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及隧道全空間裂隙檢測(cè)與預(yù)警技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種車載式隧道全空間裂隙網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)成像與預(yù)警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著交通事業(yè)的不斷發(fā)展，山地地區(qū)需要修建很多鐵路或公路隧道。目前大多數(shù)隧道修建常采用的是鉆爆法。鉆爆法施工放炮后，在隧道掌子面附近容易形成大量裂隙，裂隙與圍巖結(jié)構(gòu)面結(jié)合，形成圍巖地下水通道，容易造成圍巖掉塊、滲漏水甚至塌方等問題，嚴(yán)重威脅到施工人員人身安全以及機(jī)械損壞。傳統(tǒng)的裂隙檢測(cè)方法采用的是單一的數(shù)碼掃描法或激光掃描法，采集數(shù)據(jù)較單一存在多解性，精確度不高。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種車載式隧道全空間裂隙網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)成像與預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠獲取隧道全空間裂隙網(wǎng)絡(luò)圖像，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)模型閉合曲線區(qū)與裂隙切割破碎嚴(yán)重區(qū)域，檢測(cè)該區(qū)域地下水賦存特征、巖體切割破碎特征，發(fā)出預(yù)警。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案:
[0005]一種車載式隧道全空間裂隙網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)成像與預(yù)警系統(tǒng)，包括:承載車、中央電腦分析系統(tǒng)、綜合地質(zhì)信息快速采集系統(tǒng)、地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)以及不良地質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)；
[0006]中央電腦分析系統(tǒng):用于接收綜合地質(zhì)信息快速采集系統(tǒng)和地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析；并將分析結(jié)果反饋給不良地質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)；
[0007]所述綜合地質(zhì)信息快速采集系統(tǒng)用于快速掃描隧道周壁與掌子面多元裂隙網(wǎng)絡(luò)信息，并把圖像數(shù)據(jù)傳送到中央電腦分析系統(tǒng)進(jìn)行分析；
[0008]所述地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)用于對(duì)檢測(cè)到的裂隙切割破碎嚴(yán)重區(qū)域或存在異常區(qū)域的進(jìn)行自動(dòng)探測(cè)，探測(cè)數(shù)據(jù)傳送到中央電腦分析系統(tǒng)進(jìn)行分析；
[0009]所述不良地質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)用于接收中央電腦分析系統(tǒng)的指令，對(duì)存在不良地質(zhì)賦存特征的區(qū)域發(fā)出預(yù)警信息；
[0010]所述中央電腦分析系統(tǒng)、綜合地質(zhì)信息快速采集系統(tǒng)、地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)以及不良地質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)均設(shè)置在承載車上，綜合地質(zhì)信息快速采集系統(tǒng)、地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)以及不良地質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)分別與中央電腦分析系統(tǒng)連接。
[0011]所述綜合地質(zhì)信息快速采集系統(tǒng)包括:掌子面探測(cè)頭、拱頂探測(cè)頭、拱肩探測(cè)頭以及側(cè)壁探測(cè)頭；所述掌子面探測(cè)頭設(shè)置在承載車的車輛前端，拱頂探測(cè)頭設(shè)置在承載車的車輛頂部，拱肩探測(cè)頭設(shè)置在承載車的車輛肩兩側(cè)部，側(cè)壁探測(cè)頭分別設(shè)置在承載車的車輛左右兩側(cè)；所述掌子面探測(cè)頭、拱頂探測(cè)頭、拱肩探測(cè)頭以及側(cè)壁探測(cè)頭分別與中央電腦分析系統(tǒng)連接。
[0012]所述每個(gè)探測(cè)頭均包括若干激光掃描儀和若干高速攝像儀；所述激光掃描儀和高速攝像儀在探測(cè)頭的圓形端面交錯(cuò)布置，其連線構(gòu)成與探測(cè)頭圓形端面同心的圓形。
[0013]所述地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)包括地質(zhì)雷達(dá)以及可伸縮旋轉(zhuǎn)式雷達(dá)支撐；
[0014]所述可伸縮旋轉(zhuǎn)式雷達(dá)支撐固定在承載車上，所述地質(zhì)雷達(dá)固定在可伸縮旋轉(zhuǎn)式雷達(dá)支撐上，并與中央電腦分析系統(tǒng)連接。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0016]1.采用車載操作，效率更高，更安全，更方便。
[0017]2.集激光掃描與數(shù)碼掃描于一體，綜合了兩種掃描系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，多元化數(shù)據(jù)采集與校核，提高了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，更符合實(shí)際情況。
[0018]3.本系統(tǒng)集地質(zhì)信息采集、雷達(dá)檢測(cè)及不良地質(zhì)條件及預(yù)警于一體，計(jì)算機(jī)軟件處理數(shù)據(jù)得到較完整的隧道全空間裂隙網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)圖像，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)模型閉合曲線區(qū)域與裂隙切割破碎嚴(yán)重區(qū)域，采用自帶可伸縮旋轉(zhuǎn)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)該區(qū)域地下水賦存特征、巖體切割破碎特征。對(duì)于不良地質(zhì)賦存特征區(qū)域發(fā)出預(yù)警，進(jìn)一步確定掌子面及側(cè)壁圍巖不良地質(zhì)情況，可發(fā)出預(yù)警。針對(duì)不良地質(zhì)情況然后采取措施，防止安全事故發(fā)生。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實(shí)用新型車載式隧道全空間裂隙網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)成像與預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本實(shí)用新型掌子面探測(cè)頭布置圖；
[0021]圖3是本實(shí)用新型激光掃描儀與高速攝像儀分布圖；
[0022]其中，1.拱頂探測(cè)頭，2.拱肩探測(cè)頭，3.側(cè)壁探測(cè)頭，4.電纜線，5.中央電腦，6.承載車，7.掌子面探測(cè)頭，8.地質(zhì)雷達(dá)，9.可伸縮旋轉(zhuǎn)式雷達(dá)支撐，10.激光掃描儀，
11.高速攝像儀。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0024]本實(shí)用新型涉及車載式隧道全空間裂隙網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)成像與預(yù)警系統(tǒng)，如圖1和圖2所示，包括承載車，中央電腦分析系統(tǒng)，綜合地質(zhì)信息快速采集系統(tǒng)，地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)，不良地質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)。
[0025]綜合地質(zhì)信息快速采集系統(tǒng)，包括掌子面探測(cè)頭7、拱頂探測(cè)頭1、拱肩探測(cè)頭2、側(cè)壁探測(cè)頭3以及與中央電腦5相連接的電纜線4，其中每個(gè)探測(cè)頭由3個(gè)激光掃描儀10和3個(gè)高速攝像儀11組成，激光掃描儀10和高速攝像儀11在探測(cè)頭的圓形端面交錯(cuò)布置，其連線構(gòu)成與探測(cè)頭圓形端面同心的圓形，如圖3所示。此系統(tǒng)集激光掃描與高速攝像為一體，可以快速掃描隧道周壁與掌子面多元裂隙網(wǎng)絡(luò)信息，并把圖像數(shù)據(jù)傳送到中央電腦5進(jìn)行分析。
[0026]通過掌子面探測(cè)頭和其他探測(cè)頭可以掃描到整個(gè)隧道全空間裂隙分布情況，將掃描信息傳輸?shù)街醒腚娔X分析系統(tǒng)，得到隧道全空間裂隙分布圖像。
[0027]地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)，包括地質(zhì)雷達(dá)8，可伸縮旋轉(zhuǎn)式雷達(dá)支撐9以及與中央電腦5相連接的電纜線4 ;地質(zhì)雷達(dá)可自動(dòng)用于所檢測(cè)到裂隙切割破碎嚴(yán)重區(qū)域或存在異常區(qū)域的探測(cè)，探測(cè)過程由中央電腦5控制，所探測(cè)數(shù)據(jù)可以快速被分析。
[0028]不良地質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)，根據(jù)所接收到的綜合地質(zhì)信息快速采集系統(tǒng)和地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)果，不良地質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)可以進(jìn)行自動(dòng)分析，對(duì)存在不良地質(zhì)賦存特征的區(qū)域發(fā)出預(yù)警信息。
[0029]車載式隧道全空間裂隙網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)成像與預(yù)警系統(tǒng)的使用方法，包括以下步驟:
[0030]A.清理路面，將承載車6停放在掌子面附近；
[0031]B.設(shè)定好電腦參數(shù)，并打開承載車前方掌子面探測(cè)頭7，用以掃描掌子面地質(zhì)情況；
[0032]C.掌子面掃描完畢后，關(guān)閉掌子面探測(cè)頭7，打開拱頂1、拱肩2和側(cè)壁3探測(cè)頭，開始掃描隧道周壁地質(zhì)情況，此時(shí)承載車6以一定速度沿著隧道移動(dòng)，這樣便可獲取一定范圍內(nèi)的隧道采集信息；
[0033]D.中央電腦5接收掃描數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)多元信息融合的二維或三維自適應(yīng)裂隙網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)系統(tǒng)，形成裂隙密集度高(即I?II級(jí)結(jié)構(gòu)面)與裂隙分布隨機(jī)(即III?V級(jí)結(jié)構(gòu)面)相結(jié)合的二維、三維裂隙網(wǎng)絡(luò)分布圖；
[0034]中央電腦分析系統(tǒng)接收掃描數(shù)據(jù)，通過基于多元反饋信息融合與修正的二維或者三維自適應(yīng)裂隙網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)系統(tǒng)，所述重構(gòu)系統(tǒng)基于圖片數(shù)據(jù)提取軟件對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取出各裂隙跡線的位置坐標(biāo)，然后基于概率統(tǒng)計(jì)的方法，運(yùn)用Monte-Carlo法，對(duì)裂隙參數(shù)(包括中心點(diǎn)坐標(biāo)、傾向、傾角、跡長(zhǎng)、深度、半徑等)的分布進(jìn)行分析，生成具體的幾何參數(shù)。最后，基于所編制程序，通過具體的幾何參數(shù)，將隧道裂隙網(wǎng)絡(luò)分布顯示出來，通過基于結(jié)構(gòu)面分級(jí)特征與聚類分組算法，將裂隙密集度高的結(jié)構(gòu)面定義為I?II級(jí)結(jié)構(gòu)面，裂隙隨機(jī)分布的結(jié)構(gòu)面定義為III?V級(jí)結(jié)構(gòu)面，建立二維或者三維隧道全空間裂隙分布圖。
[0035]E.中央電腦分析系統(tǒng)5對(duì)于I?II級(jí)結(jié)構(gòu)面中網(wǎng)絡(luò)模型閉合曲線區(qū)域與裂隙切割破碎嚴(yán)重區(qū)域，通過自帶可伸縮旋轉(zhuǎn)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)該區(qū)域地下水賦存特征、巖體切割破碎特征；
[0036]F.在此過程中若出現(xiàn)不良地質(zhì)賦存特征區(qū)域，中央電腦5內(nèi)置預(yù)警系統(tǒng)將發(fā)出預(yù)目ο
[0037]上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種車載式隧道全空間裂隙網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)成像與預(yù)警系統(tǒng)，其特征是，包括:承載車、中央電腦分析系統(tǒng)、綜合地質(zhì)信息快速采集系統(tǒng)、地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)以及不良地質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)； 中央電腦分析系統(tǒng):用于接收綜合地質(zhì)信息快速采集系統(tǒng)和地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析；并將分析結(jié)果反饋給不良地質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)； 所述綜合地質(zhì)信息快速采集系統(tǒng)用于快速掃描隧道周壁與掌子面多元裂隙網(wǎng)絡(luò)信息，并把圖像數(shù)據(jù)傳送到中央電腦分析系統(tǒng)進(jìn)行分析； 所述地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)用于對(duì)檢測(cè)到的裂隙切割破碎嚴(yán)重區(qū)域或存在異常區(qū)域的進(jìn)行自動(dòng)探測(cè)，探測(cè)數(shù)據(jù)傳送到中央電腦分析系統(tǒng)進(jìn)行分析； 所述不良地質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)用于接收中央電腦分析系統(tǒng)的指令，對(duì)存在不良地質(zhì)賦存特征的區(qū)域發(fā)出預(yù)警信息； 所述中央電腦分析系統(tǒng)、綜合地質(zhì)信息快速采集系統(tǒng)、地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)以及不良地質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)均設(shè)置在承載車上，綜合地質(zhì)信息快速采集系統(tǒng)、地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)以及不良地質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)分別與中央電腦分析系統(tǒng)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種車載式隧道全空間裂隙網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)成像與預(yù)警系統(tǒng)，其特征是，所述綜合地質(zhì)信息快速采集系統(tǒng)包括:掌子面探測(cè)頭、拱頂探測(cè)頭、拱肩探測(cè)頭以及側(cè)壁探測(cè)頭；所述掌子面探測(cè)頭設(shè)置在承載車的車輛前端，拱頂探測(cè)頭設(shè)置在承載車的車輛頂部，拱肩探測(cè)頭設(shè)置在承載車的車輛肩兩側(cè)部，側(cè)壁探測(cè)頭分別設(shè)置在承載車的車輛左右兩側(cè)；所述掌子面探測(cè)頭、拱頂探測(cè)頭、拱肩探測(cè)頭以及側(cè)壁探測(cè)頭分別與中央電腦分析系統(tǒng)連接。
3.如權(quán)利要求2所述的一種車載式隧道全空間裂隙網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)成像與預(yù)警系統(tǒng)，其特征是，所述每個(gè)探測(cè)頭均包括若干激光掃描儀和若干高速攝像儀；所述激光掃描儀和高速攝像儀在探測(cè)頭的圓形端面交錯(cuò)布置，其連線構(gòu)成與探測(cè)頭圓形端面同心的圓形。
4.如權(quán)利要求1所述的一種車載式隧道全空間裂隙網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)成像與預(yù)警系統(tǒng)，其特征是，所述地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)包括地質(zhì)雷達(dá)以及可伸縮旋轉(zhuǎn)式雷達(dá)支撐； 所述可伸縮旋轉(zhuǎn)式雷達(dá)支撐固定在承載車上，所述地質(zhì)雷達(dá)固定在可伸縮旋轉(zhuǎn)式雷達(dá)支撐上，并與中央電腦分析系統(tǒng)連接。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種車載式隧道全空間裂隙網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)成像與預(yù)警系統(tǒng)，包括：承載車、中央電腦分析系統(tǒng)、綜合地質(zhì)信息快速采集系統(tǒng)、地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)以及不良地質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)；中央電腦分析系統(tǒng)、綜合地質(zhì)信息快速采集系統(tǒng)、地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)以及不良地質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)均設(shè)置在承載車上，綜合地質(zhì)信息快速采集系統(tǒng)、地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)以及不良地質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)分別與中央電腦分析系統(tǒng)連接。本實(shí)用新型有益效果：采用車載操作，效率更高，更安全，更方便；集激光掃描與數(shù)碼掃描于一體，綜合了兩種掃描系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，多元化數(shù)據(jù)采集與校核，提高了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，更符合實(shí)際情況。
【IPC分類】E21F17-18, G01V11-00, G01S17-89
【公開號(hào)】CN204405872
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520050136
【發(fā)明人】許振浩, 周輪, 李術(shù)才, 李利平, 石少帥, 張乾青, 張延歡, 孫超群, 吳靜
【申請(qǐng)人】山東大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年1月23日