[发明专利]一种基于机器视觉的隧道病害快速调查系统及调查方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道病害调查技术，尤其涉及一种基于机器视觉的隧道病害快速调查系统，应用于隧道病害的检测。

背景技术

近年来，我国已建成的各种公路、铁路、水底和地铁隧道不同程度地出现衬砌裂缝、变形以及渗漏水等病害。病害的存在会影响交通质量，威胁到隧道内行车安全，造成安全事故，亟需科学、有效的分析与研究方法，分析评估病害产生对衬砌结构安全和使用性能造成的影响，为病害治理方法与对策提供依据。防治隧道病害的前提是对隧道病害的种类、分布和程度进行详细而全面的调查，通过对病害的系统调查可以为隧道的健康诊断提供依据。

目前我国对隧道的病害调查主要采用的是人工现场调查方法，这种方法需要调查人员在隧道内对隧道的健康状况进行调查，包括对隧道裂缝、变形和渗漏水处的位置、长度、宽度和面积进行测量记录，并对记录的数据进行统计、归类和存档，最后根据一定的标准对隧道病害进行评价。这种人工调查的方法在作业时往往会影响隧道的正常运营、调查方法高耗而且低效、在调查过程中往往带有很大的危险性、而且调查时的测量方法和读取数据存在人为的主观因素，数据的可靠性和完备性有限。

对于裂缝的检测和识别，现有的方法有激光扫描法和图像识别法。这两种方法目前主要应用在公路路面的裂缝识别。激光扫描法是通过激光扫描器发出激光扫描路面，然后光接收器以一定角度接收从路面发射回来的光，当被扫描的路面出现裂缝时，裂缝会使到达的激光散射或者折射，光接收器接收的反射光的强度就会减少，因此可以根据光接收器输出的反射光强度的变化，确定路面是否存在裂缝。这种方法的缺点是周围的光线环境对检测的精度影响大，在白天时激光的反射会受到太阳光的影响，所以一般在夜间作业，给检测人员带来不便，并且在检测过程中需要人工地进行裂缝的标注和评价，效率低下。而图像识别法则是通过检测车上的摄像机获取路面的图像并将图像发送到计算机，由计算机对路面的图像进行预处理，得到只含路面背景和裂缝的图像，然后再利用相应的识别算法确定路面是否存在裂缝，以及对裂缝进行定位。

这种方法的缺点是检测的结果取决于图像的成像质量和识别算法的可靠性，摄像机的成像需要高亮度的光照条件，成像容易受到检测车的震动和速度的影响，而且需要人工对每一幅图像进行标注和分类统计处理，所以无法实现对裂缝的全自动实时处理。

发明内容

本发明为克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于机器视觉的隧道病害快速调查系统及调查方法，可以实现对隧道常见病害的定期快速调查，使调查过程安全快速、全自动实时处理、且不影响隧道的正常运营。

本发明是这样实现的，一种基于机器视觉技术的隧道病害快速调查系统，其特征在于，装置于一调查承载车上，包括：

机器视觉子系统，用于利用CCD摄像机对待调查对象－隧道表面进行采像，获取待调查对象的图像数据后传输至数据处理子系统；

激光测距子系统，用于通过激光测距方法测量机器视觉子系统采集的图像的成像距离；

光电测速子系统，用于运用光电测速方法对调查承载车的行驶速度进行非接触式测量，提供采集图像在隧道中的对应坐标；

控制子系统，用于控制激光测距子系统、光电测速子系统，接收并将激光测距子系统、光电测速子系统获得的测量数据传输至数据处理子系统，同时触发机器视觉子系统采集图像传输至数据处理子系统；

数据处理子系统，用于调用控制子系统传来的测量数据对机器视觉子系统获取的图像进行处理，进行灾害快速识别统计；

电源子系统，用于统一为上述各个子系统提供工作所需稳定电压。

所述机器视觉子系统包括光学镜头、CCD面阵摄像机以及为所述CCD面阵摄像机成像提供光源的照明灯，还包括：

图像采集模块，用于将所述CCD面阵摄像机采集的图像信号转换为数字信号输入到计算机进行处理；

图像数据存储与传输模块，用于存储计算机处理的图像，并将图像数据传输到数据处理子系统。

所述调查承载车包括轮子和圆弧形车体，圆弧形车体外表面分布有机器视觉子系统、激光测距子系统以及光电测速子系统，机器视觉子系统中包括亮度固定的照明灯，圆弧形车体内置有控制子系统、数据处理子系统和电源子系统。

所述光电测速子系统安装在调查承载车的圆弧形车体下方、与地面相对的位置处；所述照明灯、机器视觉子系统、激光测距子系统每三个组成一组，在调查承载车的圆弧形车体表面的各个方向均匀分布。

一种应用所述基于机器视觉技术的隧道病害快速调查系统的调查方法，其特征是在于步骤流程如下：