CN104914108A - 基于机器视觉的高速公路隧道检测车*** - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于机器视觉的高速公路隧道检测车***，包括数据采集***、数据处理及分析***和WEB展示***，所述的数据采集***包括检测车车体、供电***、控制***、环境检测***、图像采集***和激光扫描***，供电***设有发电机和不间断电源UPS，控制***采用工控机控制，环境检测***采用一氧化碳检测仪和风速仪，其特征在于：所述的图像采集***包括光源、第一图像获取装置、第二图像获取装置、里程定位装置、照度检测装置及安装于车顶的金属小球，第一图像获取装置获取隧道衬砌表观病害图像，第二图像获取装置获取隧道全程照度图像，激光扫描***为隧道的轮廓扫描装置。本发明通过对隧道表面进行连续扫描获得隧道病害及行车环境数据。

Description

基于机器视觉的高速公路隧道检测车***

技术领域

本发明涉及一种高速公路隧道检测***，特别是公开一种基于机器视觉的高速公路隧道检测车***，是一种车载的自动检测技术，采用图像处理和激光扫描结合的方式来进行隧道的病害与环境健康监测，检测速度更快，精度更高，对隧道病害的检测成本大大降低。

背景技术

当前我国已从大规模修筑高速公路转移到高速公路的使用、管理阶段，随着高速公路运营里程的激增，高速公路的结构养护工作将日益繁重，为了确保高速公路的畅通，更好地为经济建设服务，要求尽量缩短养护作业时间，一般情况下不得封闭交通。养护施工出现了新的特点，快速养护成为高速公路路面养护施工发展的必然趋势。预防性养护理念日益被得到重视，预防性养护、快速养护已经成为保障高速公路隧道结构安全和增加隧道服役年限的重要手段。

国内外针对路面缺陷检测的公路智能检测车已经得到很好的应用。公路智能检测车是利用安装在检测车辆上的高速、高精度图像采集与处理设备，在测量车以正常速度行驶的同时，进行路面图像采集与存储。在获得路面全部图像后，利用图像处理与分析软件，对获得的全部图像进行处理与分析，从中提取出路面破损、平整等方面的精确测量数据。***对裂缝的正确识别率达到90%以上，同时检测路面平整度和车辙检测。

然而，对于高速公路的隧道结构的病害检测，对比路面检测来说，更有一系列的技术难点，国内一直没有推出合适的快速检测装备。高速公路的隧道结构常见病害主要表现为衬砌裂缝、断面变形、错台错缝、渗漏水、蜂窝麻面、剥落剥离等。目前对高速公路隧道病害大部分仍采取人工检查的方式，不仅效率低，精度差，也严重影响公路正常通行。传统的养护检查手段方法已经不能满足高速公路的运营现状，必须设计一种先进的养护机械和施工方法，缩短养护施工作业占用车道的时间，减少交通阻塞，最大限度地实施快速养护。

随着信息处理技术和传感器技术的进步，针对隧道结构各种病害损伤情况的评价，有条件开发使用各种检测仪器，采用激光、超声波等非接触传感技术和计算机技术，使检测操作更加便捷和高效开始成为一种可能。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的缺陷，提出一种基于机器视觉的高速公路隧道检测车***，以图像处理和激光扫描结合的方式来进行隧道的病害与环境检测，并采用车载自动监测的方法，能够更全面的获取隧道的数据，与传统的检测方法相比，监测速度更快，精度更高，成本大大降低。

本发明是这样实现的：一种基于机器视觉的高速公路隧道检测车***，包括数据采集***、数据处理及分析***和WEB展示***，所述的数据采集***包括检测车车体、供电***、控制***、环境检测***、图像采集***和激光扫描***，所述的供电***设有发电机和不间断电源UPS，所述的控制***采用工控机控制，所述的环境检测***采用一氧化碳检测仪和风速仪，其特征在于：所述的图像采集***包括光源、第一图像获取装置、第二图像获取装置、里程定位装置、照度检测装置及安装于车顶的金属小球，所述的光源采用波长950nm以上的光，光源发出均匀柔和的光线，第一图像获取装置需屏蔽外部可见光，而第二图像获取装置需屏蔽900nm以上的光，分别在两图像获取装置的镜头前设置相应的滤光片，第一图像获取装置设置的滤光片只允许950nm及以上的光透过，第二图像获取装置的滤光片只允许900nm以下的光透过，第一图像获取装置获取衬砌表观病害信息图像，第二图像获取装置获取隧道全程环境照度图像，第一图像获取装置和第二图像获取装置采集的图像位置信息分别与里程定位装置的里程对应，所述的激光扫描***为隧道的轮廓扫描装置。

所述的光源发出950nm以上波长的光，并覆盖有透明介质层，所述的透明介质层内表面采用磨砂处理，使透过该介质层的光线发散，保证光源发出的光线均匀柔和，避免眩光。

所述的金属小球外部涂刷白色哑光漆，保证第二图像获取装置采集的隧道全程图像无眩光。

所述的第一图像获取装置采集的图像位置信息与里程定位装置的里程对应，建立隧道的衬砌表观病害分布位置图。

所述的第二图像获取装置以金属小球为目标物，在隧道内全线进行实时摄像，实时对小球图像的照度进行分析，提取各张小球图像的照度，并与里程定位装置的里程对应，建立隧道内部照度曲线。

所述的轮廓扫描装置在检测车的行车过程中通过激光扫描仪对隧道轮廓进行快速扫描，其扫描获得的图像位置信息与里程定位装置的里程对应，建立隧道三维点云。

本发明基于机器视觉的高速公路隧道检测车***，其检测车在隧道中行驶时，通过车载的检测设备定期对隧道表面进行连续扫描检测，同时对隧道表面进行全方位图像采集，结合激光扫描***的横向定位和检测车的纵向定位，获得全面、丰富的监测数据，并把数据传给工控机，通过数据处理及分析***进行采集信息的分析处理，得到隧道的渗漏水、剥落、裂缝、以及隧道轮廓等数据，从而实现对整个隧道的健康监测。

本发明的有益效果是：与传统的检测方法相比，本发明具有很大的优势，由于采用车载自动监测的方法，能够更全面的获取隧道的数据，而且监测速度更快，精度更高，检测操作更加便捷和高效，成本大大降低。

附图说明

图1  是本发明基于机器视觉的高速公路隧道检测车***的组成结构框图。

图2  是本发明工作流程框图。

具体实施方式

根据附图1和2，本发明一种基于机器视觉的高速公路隧道检测车***，包括数据采集***、数据处理及分析***和WEB展示***。

数据采集***通过检测车上的车载设备进行数据采集，包括检测车车体、供电***、控制***、环境检测***、图像采集***和激光扫描***。

供电***设有发电机和不间断电源UPS，为所有车载设备供电，以保证设备正常工作。

控制***采用工控机，控制各类设备进行数据采集。

环境检测***采用一氧化碳检测仪和风速仪。

图像采集***包括光源、第一图像获取装置、第二图像获取装置、里程定位装置、照度检测装置及及安装于车顶的金属小球。光源发出950nm以上波长的光，并覆盖有透明介质层，所述的透明介质层内表面采用磨砂处理，使透过该介质层的光线发散，保证光源发出的光线均匀柔和，避免眩光。金属小球外部涂刷白色哑光漆，保证第二图像获取装置采集的隧道全程图像无眩光。

第一图像获取装置需屏蔽外部可见光，而第二图像获取装置需屏蔽900nm以上的光，分别在两图像获取装置的镜头前设置相应的滤光片，第一图像获取装置设置的滤光片只允许950nm及以上的光透过，第二图像获取装置的滤光片只允许900nm以下的光透过，第一图像获取装置获取衬砌表观病害信息图像，第二图像获取装置获取隧道全程环境照度图像，第一图像获取装置和第二图像获取装置采集的图像位置信息分别与里程定位装置的里程对应，第一图像获取装置建立隧道的衬砌表观病害分布位置图。第二图像获取装置以金属小球为目标物，在隧道内全线进行实时摄像，实时对小球图像的照度进行分析，提取各张小球图像的照度，并与里程定位装置的里程对应，建立隧道内部照度曲线。

激光扫描***为隧道的轮廓扫描装置。轮廓扫描装置在检测车的行车过程中通过激光扫描仪对隧道轮廓进行快速扫描，其扫描获得的图像位置信息与里程定位装置的里程对应，建立隧道三维点云。

数据处理及分析***将数据采集***采集回来的各类数据进行数据处理、分析及管理，并上传至数据服务器。其中隧道断面生成服务将轮廓扫描装置采集的隧道轮廓数据处理后生成隧道断面图；图像处理服务将第一图像获取装置、第二图像获取装置采集的图像数据信息进行图像拼接，生成隧道展布图，并进行图像识别分析，提取隧道病害信息；隧道三维重建服务利用隧道断面图的数据及隧道展布图的数据建立隧道的三维模型；数据管理上传服务则将分析后的各类成果数据进行关联管理，并将数据同步上传至数据服务器，以用于WEB展示***进行展示查看。WEB展示***中通过数据服务器存储分析之后的成果数据，并通过WEB***以网页的形式提供给用户进行查看浏览。用户可通过WEB***中设置的隧道断面图展示模块、隧道展布图展示模块、病害展示查询模块、隧道三维模型浏览模块和环境数据展示模块，分别浏览查看隧道断面图、隧道展布图、病害信息，隧道三维模型和环境监测数据。

本发明具体工作流程如下：

本发明的检测车时速目前一般设置为40KM/小时（如采用更好的设备，可达60KM/小时）。需要驾驶员1人，设备操作员1人。

对渗漏水探测：可识别隧道表面的渗漏水病害，面积误差±10cm2。

对剥落探测：可识别隧道表面的剥落病害，面积误差±10cm2。

对裂缝探测：可识别隧道表面的剥落病害，识别精度1.5mm。

对隧道轮廓扫描：可获取隧道的横断面轮廓，识别精度10mm，角分辨率0.25°。

对环境监测：采集隧道内的风速以及一氧化碳浓度。

本发明主要检测隧道轮廓、隧道病害、环境数据三部分内容，由安装在检测车上的各车载检测设备进行数据采集。

车辆在隧道内行驶时，对隧道轮廓进行扫描，获得隧道的轮廓数据，经数据处理及分析***处理后，得到隧道轮廓断面图，并与隧道里程进行关联。

隧道病害是先对隧道表面拍照进行图像采集，再通过对拍照获取的图像照片进行图像识别，识别出裂缝、剥落、渗漏水等病害。

采集的图像可进行图像拼接，得到隧道断面展布图。

图像采集时，可拍摄下隧道表面的病害，后期通过图像识别的手段，可分析出相应的病害信息。

利用安装于检测车上的环境检测设备，可采集隧道内的各项环境数据，主要包含风速和一氧化碳浓度两个检测内容。

检测车上的各检测设备在上电工作后，通过安装在检测车中部工作区域的工控机进行操作管理，通过工控机的操作界面上的按钮即可进行相应的设备操作及数据采集，同时工控机的操作界面左侧的设备状态按钮可实时反映各设备的工作状态。

本发明***按数据流程分为隧道检测车采集***、数据处理及分析***、成果展示***三部份。

隧道检测车采集***负责数据的采集，通过安装在检测车上的采集设备，采集隧道轮廓数据、隧道全程信息图像（即隧道表面的照片图像）、以及环境监测数据。

数据处理及分析***负责数据的处理、分析及管理，将隧道轮廓数据生成隧道断面图，将照片图像拼接生成隧道断面展布图，利用轮廓数据及展布图重建隧道三维模型，同时对图像照片进行图像分析，识别出隧道衬砌表观的病害，再将分析出的成果数据进行管理关联，存储到数据服务器中。

WEB展示***负责数据成果的展示，从数据服务器中获取存储的成果数据，根据里程可显示、查询隧道的断面轮廓图、图像展布图、病害分布情况、环境监测数据曲线。

隧道检测车***的成果主要包含隧道轮廓断面图、隧道断面展布图、隧道三维模型、隧道表观病害（裂缝、剥落、渗漏水）、环境监测数据5个内容。

其中，隧道轮廓断面图、隧道断面展布图都为图片，由数据处理及分析***利用原始采集的数据生成，并与相应的隧道里程关联。

同时数据处理及分析***还从原始采集的图像数据中，提取出隧道表观病害的类型、大小、形状等信息，并与相应的隧道里程及断面位置相关联。

环境监测数据则关联上采集位置的里程位置，存储于相应的数据表中。

最后由数据处理及分析***的数据管理上传服务上传至数据服务器中，用于WEB***进行后续的数据成果展示。

Claims (6)

1.一种基于机器视觉的高速公路隧道检测车***，包括数据采集***、数据处理及分析***和WEB展示***，所述的数据采集***包括检测车车体、供电***、控制***、环境检测***、图像采集***和激光扫描***，所述的供电***设有发电机和不间断电源UPS，所述的控制***采用工控机控制，所述的环境检测***采用一氧化碳检测仪和风速仪，其特征在于：所述的图像采集***包括光源、第一图像获取装置、第二图像获取装置、里程定位装置、照度检测装置及安装于车顶的金属小球，所述的光源采用波长950nm以上的光，光源发出均匀柔和的光线，第一图像获取装置需屏蔽外部可见光，而第二图像获取装置需屏蔽900nm以上的光，分别在两图像获取装置的镜头前设置相应的滤光片，第一图像获取装置设置的滤光片只允许950nm及以上的光透过，第二图像获取装置的滤光片只允许900nm以下的光透过，第一图像获取装置获取衬砌表观病害信息图像，第二图像获取装置获取隧道全程环境照度图像，第一图像获取装置和第二图像获取装置采集的图像位置信息分别与里程定位装置的里程对应，所述的激光扫描***为隧道的轮廓扫描装置。

2.根据权利要求 1 所述的基于机器视觉的高速公路隧道检测车***，其特征在于：所述的光源发出950nm以上波长的光，并覆盖有透明介质层，所述的透明介质层内表面采用磨砂处理，使透过该介质层的光线发散，保证光源发出的光线均匀柔和，避免眩光。

3.根据权利要求 1 所述的基于机器视觉的高速公路隧道检测车***，其特征在于：所述的金属小球外部涂刷白色哑光漆，保证第二图像获取装置采集的隧道全程图像无眩光。

4.根据权利要求 1 所述的基于机器视觉的高速公路隧道检测车***，其特征在于：所述的第一图像获取装置采集的图像位置信息与里程定位装置的里程对应，建立隧道的病害分布位置图。

5.根据权利要求 1 所述的基于机器视觉的高速公路隧道检测车***，其特征在于：所述的第二图像获取装置以金属小球为目标物，在隧道内全线进行实时摄像，实时对小球图像的照度进行分析，提取各张小球图像的照度，并与里程定位装置的里程对应，建立隧道内部照度曲线。

6.根据权利要求 1 所述的基于机器视觉的高速公路隧道检测车***，其特征在于：所述的轮廓扫描装置在检测车的行车过程中通过激光扫描仪对隧道轮廓进行快速扫描，其扫描获得的图像位置信息与里程定位装置的里程对应，建立隧道三维点云。