CN109029586A - 一种定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，包括操作面板、第一控制箱、激光测距装置、第二控制箱、数码相机和支撑装置；第一控制箱和第二控制箱分别设置于支撑装置顶部两侧，第一控制箱和第二控制箱电连接，激光测距装置设置于第一控制箱与第二控制箱之间，数码相机设置于第二控制箱内部，数码相机的定焦镜头嵌于第二控制箱的首端侧壁上；第一控制箱和第二控制箱能够实现数据处理、图像分析、数据储存、数据输出和控制装置执行操作；激光测距装置能够360°旋转测距；在掌子面开挖阶段能够精确获取其岩体地质信息，同时对其进行实时、有效面积的量测，并且测量精度高，还能存储、传输相关数据，为后续隧道分析提供数据支持。

Description

一种定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪

技术领域

本发明涉及隧道施工测量仪器技术领域，特别是涉及一种定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪。

背景技术

现有隧道掌子面施工中，对隧道掌子面岩体分析一般在掌子面开挖前用全站仪三维变形非接触式量测的方法对掌子面进行测量，分析掌子面情况。此种测量方法的步骤为：1.每次测量前，先安置仪器，并对仪器进行调校，使仪器处于最佳状态，精确定位整平后，对仪器进行气压和温度的气象改正，按围岩监控量测参数规范要求对仪器各项参数进行调试；2.左站测量：安置仪器后照准目标点先进行盘左观测，观测时采用3次重复测距，记录数据后，将仪器设置盘右同样进行3次重复测距，即每测站上分别用2个盘连续照准3次目标，然后取平均值为一次设站观测结果。即正道镜观测法取平均值；3.右站测量：左站测量完毕后，仪器搬至右侧测站同左站测量顺序一样进行右站测量，检查左右测站同一测点的数据，若发现左右站的测得同一测点的信息相差较大，对这一测点重测。这样的测量方式不仅操作步骤繁琐，测量精度较低，不能保证对隧道掌子面进行实时有效的分析；而且，现有隧道掌子面岩体测量方法需要贴近岩体面进行较多工作，常会影响工程进度且具有一定危险性，花费时间较长。无法对不能到达的岩体面进行测量。岩石隧道开挖掌子面上方、较陡峭边坡面常难以接触，以传统方法难以对其进行测量。对岩体产状的测量容易受岩体面局部凹凸的影响，在不平整的岩体面难以得到符合实际的结果。对节理迹长和间距的测量通常只能通过目测进行，误差较大。受隧道中粉尘较大的影响，传统测量方法精确度不高。

而隧道掌子面的岩体地质情况对隧道掌子面施工安全至关重要。能够安全高效的分析掌子面岩体情况一直是隧道掌子面分析的发展趋势，不仅能为施工提供依据，为施工中可能出现的突发情况做准备，而且能够存储相关数据供隧道分析使用。

面积量测一般在掌子面开挖前用全站仪对掌子面进行测量，分析掌子面情况，这样的测量方式不仅测量精度不高，而且不能在施工中不间断进行量测，保证对隧道掌子面进行实时有效的分析，导致隧道掌子面开挖面积出现偏差。而隧道掌子面的超挖或者少挖，均对隧道的安全与成本控制不利，是产生隧道病害的重大隐患。能够实时有效的控制掌子面面积一直是隧道掌子面开挖的发展趋势，不仅能够使隧道开挖后围岩对隧道的应力分布更趋合理，给隧道安全提供保障，而且能够节省超挖后需要在隧道衬砌与岩石之间填充混凝土的成本。

因此，亟需提供一种定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，在掌子面开挖阶段能够精确获取其岩体地质信息，同时对其进行实时、有效的面积量测，并且测量精度高，还能存储、传输相关数据，为后续隧道分析提供数据支持。

发明内容

本发明的目的是提供一种定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，以解决上述现有技术存在的问题，在掌子面开挖阶段能够精确获取其岩体地质信息，同时对其进行实时、有效的面积量测，并且测量精度高，还能存储、传输相关数据，为后续隧道分析提供数据支持。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，包括操作面板、第一控制箱、激光测距装置、第二控制箱、数码相机和支撑装置；所述第一控制箱和所述第二控制箱分别设置于所述支撑装置顶部两侧，所述第一控制箱和所述第二控制箱电连接，所述激光测距装置设置于所述第一控制箱与所述第二控制箱之间，所述数码相机设置于所述第二控制箱内部，且所述数码相机的定焦镜头嵌于所述第二控制箱的首端侧壁上；所述第一控制箱和所述第二控制箱能够实现数据处理、图像分析、数据储存、数据输出和控制装置执行操作；所述激光测距装置能够360°旋转测距。

优选地，所述第一控制箱内部设置有数据处理模块、图像分析模块、数据储存模块和数据传输模块，所述第二控制箱内部设置有执行模块。

优选地，所述操作面板设置于所述第一控制箱首端，所述操作面板上设置有显示器和操控按钮。

优选地，所述激光测距装置包括两端分别与所述第一控制箱和所述第二控制箱转动连接的激光测距壳体、设置于激光测距壳体内部的两个激光测距仪和相对设置于所述激光测距壳体两侧的两个测距窗，两个所述激光测距仪相对设置，两个所述激光测距仪分别通过其相对的所述测距窗进行测距工作。

优选地，所述激光测距壳体一端与所述第一控制箱之间通过转轴A连接，所述激光测距壳体另一端与所述第二控制箱之间通过转轴B连接，所述第二控制箱内部设置有一驱动电机，所述驱动电机的动力输出端与所述转轴B连接。

优选地，所述第一控制箱或所述第二控制箱内还设置有一报警装置，两个所述激光测距仪测定的数据差值超出预定值时，所述报警装置内部的电铃响起报警。

优选地，所述第一控制箱内部还设置有一水平动态检测模块，所述水平动态监测模块包括圆水准气泡装置和微型红外线探头，所述微型红外探头为圆形探头，所述微型红外探头对准所述圆水准气泡装置的中心圆部分。

优选地，所述支撑装置包括底板和设置于所述底板底部的三角支撑架，所述第一控制箱和所述第二控制箱设置于所述底板顶部。

优选地，所述数码相机为双目数码单反相机。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

1、本发明提供的定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，能够非常准确的分析出隧道掌子面岩体的节理、裂隙等岩体地质情况；测量精度较高，安全高效，对岩体的评价较为全面合理。

2、本发明提供的定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，能够利用激光测距装置、内部程序进行对隧道掌子面进行分析，从而计算出其面积，隧道掌子面的面积能实时计算得出，数据用两台测距仪获取，相互校正，保证计算精度，为隧道掌子面的施工提供依据，便于及时修正，减少超挖、少挖情况的发生。

3、本发明提供的定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，隧道掌子面的数据可以实时存储、传输，作为设计资料为后续隧道分析、评估提供数据支持，为其他隧道建设方案提供参考。

4、本发明提供的定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，自动化程度较高，能适应恶劣的隧道施工环境，提供较为可靠的数据分析结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪的立体图；

图2为本发明中定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪底板顶部结构的立体图；

图3为本发明中定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪底板顶部结构的正视图；

图4为本发明中定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪底板顶部结构的后视图；

图中：1-操作面板、2-第一控制箱、3-激光测距装置、4-第二控制箱、5-定焦镜头、6-激光测距壳体、7-测距窗、8-转轴A、9-转轴B、10-底板、11-三角支撑架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例提供一种定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，如图1、图2所示，包括操作面板1、第一控制箱2、激光测距装置3、第二控制箱4、数码相机和支撑装置；第一控制箱2和第二控制箱4分别设置于支撑装置顶部两侧，第一控制箱2和第二控制箱4电连接，激光测距装置3设置于第一控制箱2与第二控制箱4之间，数码相机设置于第二控制箱4内部，且数码相机的定焦镜头5嵌于第二控制箱4尾端侧壁上，并且数码相机优选为双目数码单反相机；第一控制箱2和第二控制箱4能够实现数据处理、图像分析、数据储存、数据输出和控制装置执行操作；激光测距装置3能够360°旋转测距。

本实施例中，第一控制箱2内部设置有数据处理模块、图像分析模块、数据储存模块和数据传输模块，第二控制箱4内部设置有执行模块；

数据处理模块负责对激光测距仪采集数据进行处理分析；图像分析模块负责对数码相机采集的掩体三维数字图像进行识别，排除图像中的粉尘等干扰项，对图像进行分割，对灰度图像进行检测，运用人工神经网络进行计算分析，分析得出岩体表面节理特征，与数据库中岩石特征对比分析，控制误差，提高其精确度；数据储存模块负责数据储存，数据传输模块负责数据的传输；

执行模块则负责控制装置执行操作。

操作面板1设置于所述第一控制箱2首端，操作面板1上设置有显示器和操控按钮，方便数据输入、输出，实时显示数据，为施工提供参考。

如图3、图4所示，本实施例中的激光测距装置3包括两端分别与第一控制箱2和第二控制箱4转动连接的激光测距壳体6、设置于激光测距壳体6内部的两个激光测距仪和相对设置于激光测距壳体6两侧的两个测距窗7，两个激光测距仪相对设置，两个激光测距仪分别通过其相对的测距窗7进行测距工作；为了实现激光测距装置3能够分别顺时针360°旋转、逆时针360°旋转，对隧道外轮廓线进行扫描采集数据，激光测距壳体6一端与第一控制箱2之间通过转轴A8连接，激光测距壳体6另一端与第二控制箱4之间通过转轴B9连接，第二控制箱4内部设置有一驱动电机，驱动电机的动力输出端与转轴B9连接。

本实施例中，第一控制箱2或所述第二控制箱4内还设置有一报警装置，两个激光测距仪测定的数据差值超出预定值时，报警装置内部的电铃响起报警；具体的，两台测距仪经内部线路将数据传输至第一控制箱2，第一控制箱2内部软件程序对数据进行求数据标准差，若超过预设值时，在控制箱操作面板1上弹出窗口，提示错误信息，同时对第一控制箱2或第二控制箱4内部的一报警电路作接通电路操作，电路上连有小型电铃，发出声响提示，持续几秒后，软件程序控制电路断开，停止报警。

第一控制箱2内部还设置有一水平动态检测模块，水平动态监测模块包括圆水准气泡装置和微型红外线探头，微型红外探头为圆形探头，微型红外探头对准圆水准气泡装置的中心圆部分；水准气泡只有在完全水平时才能将探头的视野布满，此时探头内部的光传感器转换为电信号将信息传输至控制箱，通过操作面板1显示为水平状态。

本实施例中，支撑装置包括底板10和设置于底板10底部的三角支撑架11，第一控制箱2和第二控制箱4设置于所述底板10顶部，三角支撑架11能够将整个装置稳定的支撑工作。

本发明提供的定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，的使用过程和工作原理如下：

1)在隧道掌子面处架起三脚支撑架11，利用水平动态检测模块监测是否水平，显示器显示调整量，实时动态调整，直到仪器调平为止；

2)通过操作面板1运行内置程序，开启第二控制箱4首端的双目数码单反相机及定焦镜头5，并用其进行岩体面立体像对获取，为了在拍摄过程中固定相机内参锁定了定焦镜头5的变焦环，使用双目三维重构***根据岩石隧道掌子面立体像对分别进行重构得到岩体三维数字图像；

3)第一控制箱2内部的图像处理模块将所获取得到的岩体三维数字图像进行识别，排除图像中的粉尘等干扰项，对图像进行分割，对灰度图像进行检测；

4)运用人工神经网络进行计算分析，分析得出岩体表面节理特征，与数据库中岩石特征对比分析，控制误差，提高其精确度；

5)再次运行测量装置内置程序，执行模块控制驱动电机驱动转轴B9转动，并且开启两台激光测距仪，分别按顺时针和逆时针旋转360°对隧道掌子面与围岩交界的外轮廓曲线实时提取；

6)将激光测距仪所得数据传输到数据处理模块中，利用装置内部程序的数学函数数据库对激光测距仪所得的轮廓线的数据进行拟合，得出计算函数；

7)数据处理模块利用极坐标下面积计算公式得出隧道掌子面的面积；

8)两台测距仪分别得出两套数据，在程序上设置一定范围内允许偏差，若超出范围进行报警，允许范围内则取平均值作为隧道掌子面面积计算数据；

9)将所得分析处理的岩体信息及面积数据通过显示器显示出来以供参考，并将其进行存储，方便以后调取使用；

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，其特征在于：包括操作面板、第一控制箱、激光测距装置、第二控制箱、数码相机和支撑装置；所述第一控制箱和所述第二控制箱分别设置于所述支撑装置顶部两侧，所述第一控制箱和所述第二控制箱电连接，所述激光测距装置设置于所述第一控制箱与所述第二控制箱之间，所述数码相机设置于所述第二控制箱内部，且所述数码相机的定焦镜头嵌于所述第二控制箱的首端侧壁上；所述第一控制箱和所述第二控制箱能够实现数据处理、图像分析、数据储存、数据输出和控制装置执行操作；所述激光测距装置能够360°旋转测距。

2.根据权利要求1所述的定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，其特征在于：所述第一控制箱内部设置有数据处理模块、图像分析模块、数据储存模块和数据传输模块，所述第二控制箱内部设置有执行模块。

3.根据权利要求1所述的定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，其特征在于：所述操作面板设置于所述第一控制箱首端，所述操作面板上设置有显示器和操控按钮。

4.根据权利要求1所述的定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，其特征在于：所述激光测距装置包括两端分别与所述第一控制箱和所述第二控制箱转动连接的激光测距壳体、设置于激光测距壳体内部的两个激光测距仪和相对设置于所述激光测距壳体两侧的两个测距窗，两个所述激光测距仪相对设置，两个所述激光测距仪分别通过其相对的所述测距窗进行测距工作。

5.根据权利要求4所述的定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，其特征在于：所述激光测距壳体一端与所述第一控制箱之间通过转轴A连接，所述激光测距壳体另一端与所述第二控制箱之间通过转轴B连接，所述第二控制箱内部设置有一驱动电机，所述驱动电机的动力输出端与所述转轴B连接。

6.根据权利要求4所述的定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，其特征在于：所述第一控制箱或所述第二控制箱内还设置有一报警装置，两个所述激光测距仪测定的数据差值超出预定值时，所述报警装置内部的电铃响起报警。

7.根据权利要求1所述的定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，其特征在于：所述第一控制箱内部还设置有一水平动态检测模块，所述水平动态监测模块包括圆水准气泡装置和微型红外线探头，所述微型红外探头为圆形探头，所述微型红外探头对准所述圆水准气泡装置的中心圆部分。

8.根据权利要求1所述的定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，其特征在于：所述支撑装置包括底板和设置于所述底板底部的三角支撑架，所述第一控制箱和所述第二控制箱设置于所述底板顶部。

9.根据权利要求1所述的定位隧道掌子面几何及地学信息的综合分析仪，其特征在于：所述数码相机为双目数码单反相机。