[发明专利]基于双激光带的高精度隧道断面检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速实时的隧道断面限界检测系统，特别是涉及一种双光带激光摄影和高速视觉检测技术的隧道断面高精度检测方法。

背景技术

铁路隧道的周期性断面测量和基础设施限界检测，对列车的安全运行具有重要意义。近年来，国内轨道交通正处于高速发展期，特别是城市地铁的快速发展，对隧道断面检测技术的需求日益增强。由于地质结构变化、隧道施工维修、列车长期冲击等问题，洞体局部形变、基础设施侵界、附属设备脱落现象屡有发生，所以，隧道断面的高精度测量，可发现问题并指导维护，确保行车安全。

隧道断面检测技术主要有激光扫描测量法和激光三角测量法,现有技术在实际检测过程中，主要缺点为：①激光扫描测量为逐点扫描，利用激光发射与接收的时间计算距离，激光传感器由电机控制旋转，受扫描频率、角分辨率、检测速度等影响，光点呈螺旋形散点扫描，断面检测精度较低，尤其对于截面较小的物体，往往存在漏检情况。②激光三角测量法的高速相机同步检测，在满足图像分辨率的前提下，图像采集频率不超过500Hz，利用一条激光带以20km/h进行投影检测时，对截面尺寸11毫米以内的超限物体，仍然存在漏检情况。目前高速相机的高分辨实时图像处理硬件开发难度较高，并且受限于图像处理算法，每帧高速图像的实时处理速度难以提升，所以在硬件和算法提速中遇到瓶颈。同时，由于隧道线路的增多和检测速度要求的不断提高，现有的检测技术依然无法实现高速高精度的测量。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提出一种基于双光带的激光三角摄影测量技术，合理使用相机采集区域，使用多条光带投射隧道表面，在图像成像范围内增加隧道断面光带的数量，使断面检测密度成倍数提高，同时配合使用高速视觉系统，设计光带提取算法和实时图像并行处理技术，可实现隧道断面的高速高精度检测。

本发明的技术方案是：一种基于双激光带的高精度隧道断面检测方法，是由每两个线式激光器和一个位于中间的高速相机组成一个局部双光带检测装置，利用图像处理算法，一次计算出两条激光带的中心坐标；多个所述的局部双光带检测装置，按照一定角度和距离扫描隧道表面，组成两条断面轮廓激光带；使用高速相机组同步采集和图像处理，得到两条隧道断面的图像坐标；利用系统标定算法和数学模型，计算出两条真实的隧道断面坐标。

如果利用两排多个线式激光器拼接出两条隧道段面激光带轮廓，利用高速相机实时采集处理两条光带的图像，一次可以检测出两个隧道断面的数据，使隧道断面的检测精度提高一倍。

本发明对隧道断面的检测是使用一种基于双激光带的高精度隧道断面检测装置，包括双光带线式激光器扫描模块、高速相机图像采集处理模块、系统标定模块。所述双光带线式激光器扫描模块包括多个线式激光器。所述高速相机图像采集处理模块包括用高速相机采集光带图像和利用FPGA并行处理提取两条光带中心位置的图像采集卡，用于图像采集处理和数据存储显示的计算机。所述系统标定模块包括测量基准断面并计算标定参数所使用的放线仪和全站仪。

所述的一种基于双激光带的高精度隧道断面检测装置，其机械结构包括：线式激光器，位置可调节的激光器底座支架，高速工业相机，局部双光带检测装置，检测装置主体调节支架。两个线式激光器和一个高速工业相机安装于激光器底座支架上，构成一个局部双光带检测装置，将多个局部检测装置以一定角度和距离安装于断面检测装置的主体调节支架上，最终拼接成两条断面光带和多个高速工业相机的检测系统。其中，激光器底座支架可根据相机的成像范围，调整两个激光器位置；所述的检测装置主体调节支架可根据检测精度需要，在设备限界内更改尺寸；所述的局部双光带检测装置的数量和安装角度，可根据实际检测对象进行调整；所述的局部双光带检测装置自成系统，可以单独用于隧道局部敏感区域的检测。

本发明的优点是：本发明基于双激光带的高精度隧道断面检测方法及装置，采用了双光带线式激光扫描装置，利用多个线式激光器照射隧道，拼接出两条完整的断面光带，设计了双光带图像并行处理算法，单次可采集计算两条断面数据，增加了隧道断面检测密度，提供了充足的断面数据；同时使断面间检测精度提高一倍，较好的解决了高速检测中的超限物漏检测情况。本发明具有结构紧凑、集成度高和安装方便等优点，其局部双光带检测装置，亦可单独使用或任意组合成系统，用于隧道指定设备或局部区域的高精度检测中。