[发明专利]一种隧道健康监测系统及方法

权利要求书

1.一种隧道健康监测系统，其特征在于，包括设置在检修车上的环形架，所述环形架与所在的检修车行进方向垂直或者呈非零的一定角度，在所述弧形架上布设有拍摄隧道全景图像的多个图像传感器,为所述图像传感器提供照度的多个补光灯，对隧道内壁进行距离测量的测距模块；

所述图像传感器为一组或分为多组前后并列且纵向对应布设在环形架上；

还包括采集所述图像传感器输出图像的图像采集模块，实时同步获取所述图像采集模块和测距模块的输出数据的主控子系统，以及接收所述主控子系统输出数据并进行健康分析处理的位于监控室的中央处理器。

2.如权利要求1所述的隧道健康监测系统，其特征在于，还包括位于监控室的显示操控模块，所述显示操控模块的数据端与所述中央处理器的显控数据端通信连接。

3.如权利要求1所述的隧道健康监测系统，其特征在于，还包括设置在所述环形架上的环境检测组件，所述环境检测组件包括湿度传感器、温度传感器、光照传感器、有毒气体传感器之一或任意组合；

和/或还包括电源管理子系统，所述电源管理子系统为系统提供稳定电源。

4.一种基于权利要求1-3中任一所述的隧道健康监测系统的隧道健康监测方法，其特征在于，包括：

S1，主控子系统同步获取图像采集模块输出的图像数据、测距模块输出的点云数据，将图像数据和点云数据分开或一起压缩后获得数据包，并在数据包中标记时间标签和空间标签；

所述时间标签为主控子系统同步获取图像数据、点云数据时间；

S2，主控子系统发送数据包至中央处理器，中央处理器对数据包进行解压处理；

S3，中央处理器对解压后的图像数据进行预处理、配准和拼接处理，获得隧道全景图像；

S4，中央处理器对点云数据进行滤波和精简处理后，基于最小二乘椭圆拟合法重构隧道三维结构；

S5，中央处理器将隧道全景图像和隧道三维结构按照时间和空间顺序进行融合，获得隧道全景三维图像并在显示操控模块上显示；

S6，基于Harris特征检测算法对隧道全景三维图像进行检测，获得隧道上的裂缝轮廓图像，生成数据报表并在显示操控模块上显示。

5.如权利要求4所述的隧道健康监测方法，其特征在于，在所述S1之前，还包括在显示操控模块按下开始按钮，系统启动并初始化步骤；

或者在所述S1中，主控子系统还同步采集环境检测组件输出的环境信息，并将所述环境信息和数据包一起传输至中央处理器，再由中央处理器传输至显示操控模块中显示；

和/或还包括环境信息判断步骤，中央处理器判断环境信息是否达到环境预警阈值，若达到环境预警阈值，通过显示操控模块对相关人员进行预警提示。

6.如权利要求4所述的隧道健康监测方法，其特征在于，所述S3包括：

S31,对于一个时间标签或空间标签的图像数据，将每个图像传感器输出的图像数据进行灰度化处理，通过不具方向性的拉普拉斯算式对灰度化处理结果进行锐化处理，获得预处理图像；

S32，基于相关度最大算法，依次对每组图像传感器中相邻两个图像传感器的预处理图像进行配准，获得一个360度隧道全景配准图像；

按照时间顺序或空间顺序对所有时间标签或空间标签的隧道全景配准图像依次配准，获得整个隧道全景配准图像；

S33，对整个隧道全景配准图像中的重叠区域进行像素平均，获得拼接后的隧道全景图像。

7.如权利要求4所述的隧道健康监测方法，其特征在于，所述S4包括：

S41，对点云数据进行高斯滤波；

S42，对高斯滤波后的点云数据基于最小曲面距离算法进行精简；

S43，基于最小二乘椭圆拟合法重构隧道三维结构的步骤包括：

隧道断面轮廓线定义为椭球与断面所在平面的相交线，且椭球中心与断面中心重合，均落在隧道中轴线上；

基于精简后的点云数据采用最小代数距离平方和的方法求解出椭圆曲线，完成该时间标签或空间标签的点云数据的隧道三维结构重构；

S44,逐个对所有时间标签或空间标签的点云数据重复执行S41,S42,S43，完成整个隧道三维结构的重构。