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CN110821560A - 隧道巡检系统 - Google Patents

隧道巡检系统 Download PDF

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CN110821560A
CN110821560A CN201910994507.6A CN201910994507A CN110821560A CN 110821560 A CN110821560 A CN 110821560A CN 201910994507 A CN201910994507 A CN 201910994507A CN 110821560 A CN110821560 A CN 110821560A
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tunnel
inspection
inspection system
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李樊
王万奇
王志飞
周超
吴卉
杜呈欣
孟宇坤
李高科
魏奇
蔡晓蕾
郭长青
赵俊华
王翔
冯瑞龙
孙同庆
李帅
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Original Assignee
Institute of Computing Technologies of CARS
Beijing Jingwei Information Technology Co Ltd
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Abstract

本发明实施例提供一种隧道巡检系统，包括巡检机器人，用于进行隧道环境的采样，并将采样结果发送至控制子系统；以及所述控制子系统，用于对所述采样结果进行分析，若分析结果符合报警要求，则发送报警信息。本发明实施例是一种智能化隧道健康检测系统，可代替人工巡检隧道，避免工作人员在隧道内出现意外伤害，并且环境适应性强，可在恶劣环境下监测隧道健康状态，对提高隧道的智能化维护水平，保障列车在隧道内的安全运行有重要意义。

Description

隧道巡检系统
技术领域
本发明涉及隧道维护技术领域，更具体地，涉及隧道巡检系统。
背景技术
中国是目前世界上隧道和地下工程数量最多、发展速度最快、地质及结构形式最复杂的国家，包括铁路、地铁等各类轨道交通在建设过程不可避免的都需要修建隧道，轨道交通隧道在使用过程中，由于自然条件如地下水、材料劣化、地震、冻害等，导致隧道产生严重的变异(病害)现象如开裂、错位、冻结、震灾、崩塌等，不仅大大缩短了结构物的使用寿命，而且隧道内异物坠落、侵限、渗水、线路老化火灾都可能会导致重大行车安全事故，给人民财产的安全带来极大风险。
轨道交通中的隧道巡检工作一直是列车安全运行的基础和重要保障措施，由于监测项目多，线路长、测点多和数量大等原因，及轨道交通隧道特别是超长隧道环境条件恶劣，封闭性强，构造物多，通讯不便。巡检人员的人身安全甚至难以得到有效保证，同时人工对隧道状态的检测方法十分有限，无法准确的判断隧道状态，影响隧道的及时维护。
发明内容
本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的隧道巡检系统。
第一个方面，本发明实施例提供一种隧道巡检系统，包括：
巡检机器人，用于进行隧道环境的采样，并将采样结果发送至控制子系统；以及
所述控制子系统，用于对所述采样结果进行分析，若分析结果符合报警要求，则发送报警信息。
优选地，所述对所述采样结果进行分析，具体为：
将所述采样结果输入至预先训练的神经网络模型，输出分析结果；
其中，所述神经网络模型以隧道环境的样本采样结果为样本，以所述样本采样结果的分析结果为样本标签训练而成。
优选地，所述隧道巡检系统还包括：
隧道维护中心，用于对报警信息进行二次确认，若确定所述报警信息为误报，则根据误报对应的采样结果优化所述神经网络模型。
优选地，所述进行隧道环境的采样，包括但不限于：采集隧道内表面结构、视频图像、声音、温湿度、有害气体、红外热成像、能见度以及定位数据。
优选地，隧道巡检系统还包括：
充电站子系统，包括分布在隧道内的充电桩；
相应地，所述巡检机器人还用于：
获取自身的电量，若当前电量小于预设阈值，则根据自身的定位数据以及各充电桩的位置，移动至距离最近的充电桩进行充电。
优选地，隧道巡检系统还包括：
通信子系统，用于使所述巡检机器人与控制子系统进行通信连接。
优选地，隧道巡检系统还包括：
导轨及传动机构子系统，用于控制所述巡检机器人在隧道内移位。
优选地，隧道巡检系统还包括设置在隧道内预设区域的电子标签，每个电子标签具有一个唯一标识；
相应地，所述巡检机器人还用于：当移动至所述电子标签的通信范围时，获取所述电子标签的唯一标识，并将所述唯一标识与采样结果打包发送至所述控制子系统。
优选地，所述控制子系统还用于：
记录每个电子标签的唯一标识以及电子标签的位置信息；
当接收到所述巡检机器人发送的携带电子标签的唯一标识的采样结果时，若分析结果符合报警要求，则发送报警信息和所述电子标签的位置信息。
优选地，所述巡检机器人还用于自检，并且当自检出元器件故障或遇阻时停止运动，并将元器件故障或遇阻的信息发送至所述控制子系统。
本发明实施例提供的隧道巡检系统，通过设置巡检机器人对隧道内的环境进行采样，通过控制子系统对采样结果进行分析，若分析结果符合报警要求，则发送报警信息，是一种智能化隧道健康检测系统，可代替人工巡检隧道，避免工作人员在隧道内出现意外伤害，并且环境适应性强，可在恶劣环境下监测隧道健康状态，对提高隧道的智能化维护水平，保障列车在隧道内的安全运行有重要意义。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例的隧道巡检系统的结构示意图；
图2为本发明另一个实施例的隧道巡检系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
图1为本发明实施例的隧道巡检系统的结构示意图，如图1所示，包括：
巡检机器人101，用于进行隧道环境的采样，并将采样结果发送至控制子系统；
需要说明的是，本发明实施例的隧道巡检系统以巡检机器人子系统对隧道进行巡检，替代人工巡检隧道，避免工作人员在隧道内出现意外伤害。可以理解的是，巡检机器人是一个在隧道内移动的、可采集隧道环境的各项参数的设备。显然，巡检机器人需要集成一定种类的传感器，作为一种可选实施例，巡检机器人中包括三维激光扫描传感器、视频图像传感器、声音传感器、温湿度传感器、有害气体传感器、红外热成像传感器、能见度传感器。其中，三维激光扫描传感器扫描隧道内表面结构，可以得到高精度的点云模型，在点云模型上可以直接截取断面数据来对隧道工程和状态进行分析，并且方便进行网格化管理以及数据标记，大大提高隧道巡检的精度和便捷性。视频图像传感器用于采集隧道内的图像，能够对图像中的设备/物品不规范摆放、山体/隧道质量、衬砌开裂、钢筋裸露、漏水与冻害、材质劣化、异物侵限界等灾害隐患进行识别。隧道内的声音也是巡检的重点，衬砌开裂、漏水、异物侵限、山体/隧道结构改变通常也会伴随着声音的出现，因此本发明通过采集声音信息也有利于识别灾害隐患。温湿度信息的异常变化通常和漏水、冻害、材质劣化有关。有害气体的监测也是非常必要的，隧道内空气流通不畅，一旦出现有害气体很容易造成重大事故。隧道施工过程中常常规划某一段区域不允许出现生物体，而红外热成像传感器具有感知生物体的作用。
所述控制子系统102，用于对所述采样结果进行分析，若分析结果符合报警要求，则发送报警信息。
具体地，本发明实施例的控制子系统可以借助现有的图像分析方法对采样结果中的视频图像进行分析，若图像中存在灾害隐患的表征信息(例如土石崩落、隧道衬砌开裂、钢筋裸露、漏水与冻害、材质劣化、异物侵限界)，则确定符合报警要求；还比如借助现有的语音识别方法对采样结果中的声音进行分析，若出现异常声音，则确定符合报警要求；还比如有害气体传感器检测到隧道中存在有害气体，则确定符合报警要求，等等。
本发明实施例的报警信息中包含有采样结果，有利于工作人员对采样结果进行人工识别。
作为一种可选实施例，控制子系统还用于向巡检机器人发送巡检指令，以使得巡检机器人根据指令进行巡检，从而使得隧道巡检系统能够灵活配置巡检计划，提高巡检效率。
在上述实施例的基础上，巡检指令可以包括：巡检时间、巡检路段(以坐标进行表征)、采样项目等等。通过设置巡检路段能够控制巡检机器人对隧道内的特定几件，例如需要重点关注的地段进行监测，提供监测效率。有些时候并不需要巡检机器人的所有传感器工作，因此通过在巡检指令中指定采样项目，控制传感器工作的数量，能够有针对性地进行环境采样，提供巡检效率。
需要说明的是，本发明实施例通过设置巡检机器人对隧道内的环境进行采样，通过控制子系统对采样结果进行分析，若分析结果符合报警要求，则发送报警信息，本发明实施例是一种智能化隧道健康检测系统，可代替人工巡检隧道，避免工作人员在隧道内出现意外伤害，并且环境适应性强，可在恶劣环境下监测隧道健康状态，对提高隧道的智能化维护水平，保障列车在隧道内的安全运行有重要意义。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，本发明实施例借助深度学习神经网络进行分析，具体地所述对所述采样结果进行分析，具体为：
将所述采样结果输入至预先训练的神经网络模型，输出分析结果；
其中，所述神经网络模型以隧道环境的样本采样结果为样本，以所述样本采样结果的分析结果为样本标签训练而成。
在一个可选实施例中，在训练过程时，预先设定一个识别率差值k，当连续两次识别率的差值小于k时，则可停止训练。
在上述各实施例的实施例的基础上，隧道巡检系统还包括：
隧道维护中心，用于对报警信息进行二次确认，若确定所述报警信息为误报，则根据误报对应的采样结果优化所述神经网络模型。
需要说明的是，本发明实施例的隧道维护中心接收报警信息，并对报警信息进行二次确认，即确认是否真的存在安全隐患。
作为一种可选实施例，二次确认可以采用识别准确率更高的神经网络模型进行。识别准确率更高的神经网络模型训练时的样本，可以是符合报警要求、但实际上没有通过二次确认的样本结果，样本标签为不符合报警要求。
在上述各实施例的基础上，本发明实施例的隧道环境的采样，包括但不限于：采集隧道内表面结构、视频图像、声音、温湿度、有害气体、红外热成像、能见度以及定位数据。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，图2为本发明另一个实施例的隧道巡检系统的结构示意图，如图2所示，隧道巡检系统包括：
巡检机器人201、控制子系统202和充电站子系统203；
其中，充电站子系统203包括分布在隧道内的充电桩。
需要说明的是，本发明实施例在隧道内设置了多个充电桩，比如至少在隧道的两端设置充电桩，以供巡检机器人进行充电。每一个充电桩包括充电触点和电源指示灯，当充电触点接通时，充电桩对巡检机器人进行充电，同时点亮电源指示灯。
相应地，所述巡检机器人还用于：
获取自身的电量，若当前电量小于预设阈值，则根据自身的定位数据以及各充电桩的位置，移动至距离最近的充电桩进行充电。
需要说明的是，本发明实施例通过设置充电站子系统供巡检机器人进行充电。巡检机器人通过获取自己的电量，并在电量小于预设阈值时，根据自身的定位数据以充电桩的位置，以距离最近的充电桩为目标进行移动，优化了巡检机器人的充电流程。
在上述各实施例的基础上，本发明实施例的隧道巡检系统还包括通信子系统，用于使所述巡检机器人与控制子系统进行通信连接，可选地，通信子系统包括遥控射频单元(RemoteRadio Unit，RRU)和漏缆\定向天线。定向天线(Directional antenna)是指在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其他的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线。采用定向发射天线的目的是增加辐射功率的有效利用率，增加保密性；采用定向接收天线的主要目的是增强信号强度，增加抗干扰能力。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，隧道巡检系统还包括：导轨及传动机构子系统，用于控制所述巡检机器人在隧道内移位。
导轨及传动机构子系统具体为以电机作为电能转换成机械能的执行机构，通过滑块\滚轮\齿轮的方式，控制巡检机器人在隧道内预设的导轨上移动。
在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，本发明实施例的隧道巡检系统还包括设置在隧道内预设区域的电子标签，每个电子标签具有一个唯一标识。
巡检机器人还用于：当移动至所述电子标签的通信范围时，获取所述电子标签的唯一标识，并将所述唯一标识与采样结果打包发送至所述控制子系统。
需要说明的是，尽管通过在巡检机器人中设置定位传感器，例如GPS定位传感器、北斗定位传感器等可以获得巡检机器人的位置，但是获取的位置相对于隧道空间来说精度并不高，本发明实施例通过在隧道内设置电子标签，例如zigbee标签、RFID标签、NFC标签，并对电子标签设置位置信息，比如设置某电子标签位置信息为(距隧道入口100m)，这样巡检机器人通过与电子标签进行通信，即可获知自身所在的精确位置。
在上述各实施例的基础上，作为一个可选实施例，所述控制子系统还用于：
记录每个电子标签的唯一标识以及电子标签的位置信息；
当接收到所述巡检机器人发送的携带电子标签的唯一标识的采样结果时，若分析结果符合报警要求，则发送报警信息和所述电子标签的位置信息。
在上述各实施例的基础上，作为一个可选实施例，所述巡检机器人还用于自检，并且当自检出元器件故障或遇阻时停止运动并将故障信息发送至所述控制子系统。
在上述各实施例的基础上，作为一个可选实施例，巡检机器人中设置电机编码器，能够通过闭环反馈计算出巡检机器人实时运动距离。可以理解的是，具体使用电机编码器计算距离的方法是本领域的公知常识，本发明实施例通过利用电极编码器的方式计算距离，通过结合RFID标签计算绝对位置，一方面能够对距离计算提供二次验证，另一方面能够对隧道内设置的RFID标签的好坏提供监测，例如某距离应当同时接收到对应的RFID标签的位置信息，若没有接收到，则说明该位置的RFID标签出现了故障。
本发明实施例的巡检机器人还具有自检功能，本发明对自检的项目不做具体的限定，例如各传感器是否正常启动的检查、是否受阻的检查等等。若巡检机器人自检出元器件故障或遇阻时停止运动，并将元器件故障或遇阻的信息发送至所述控制子系统。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种隧道巡检系统，其特征在于，包括：
巡检机器人，用于进行隧道环境的采样，并将采样结果发送至控制子系统；以及
所述控制子系统，用于对所述采样结果进行分析，若分析结果符合报警要求，则发送报警信息。
2.根据权利要求1所述的隧道巡检系统，其特征在于，所述对所述采样结果进行分析，具体为：
将所述采样结果输入至预先训练的神经网络模型，输出分析结果；
其中，所述神经网络模型以隧道环境的样本采样结果为样本，以所述样本采样结果的分析结果为样本标签训练而成。
3.根据权利要求2所述的隧道巡检系统，其特征在于，还包括：
隧道维护中心，用于对报警信息进行二次确认，若确定所述报警信息为误报，则根据误报对应的采样结果优化所述神经网络模型。
4.根据权利要求1所述的隧道巡检系统，其特征在于，所述进行隧道环境的采样，包括但不限于：采集隧道内表面结构、视频图像、声音、温湿度、有害气体、红外热成像、能见度以及定位数据。
5.根据权利要求1所述的隧道巡检系统，其特征在于，还包括：
充电站子系统，包括分布在隧道内的充电桩；
相应地，所述巡检机器人还用于：
获取自身的电量，若当前电量小于预设阈值，则根据自身的定位数据以及各充电桩的位置，移动至距离最近的充电桩进行充电。
6.根据权利要求1所述的隧道巡检系统，其特征在于，还包括：
通信子系统，用于使所述巡检机器人与控制子系统进行通信连接。
7.根据权利要求1所述的隧道巡检系统，其特征在于，还包括：
导轨及传动机构子系统，用于控制所述巡检机器人在隧道内移位。
8.根据权利要求1所述的隧道巡检系统，其特征在于，还包括设置在隧道内预设区域的电子标签，每个电子标签具有一个唯一标识；
相应地，所述巡检机器人还用于：当移动至所述电子标签的通信范围时，获取所述电子标签的唯一标识，并将所述唯一标识与采样结果打包发送至所述控制子系统。
9.根据权利要求8所述的隧道巡检系统，其特征在于，所述控制子系统还用于：
记录每个电子标签的唯一标识以及电子标签的位置信息；
当接收到所述巡检机器人发送的携带电子标签的唯一标识的采样结果时，若分析结果符合报警要求，则发送报警信息和所述电子标签的位置信息。
10.根据权利要求1所述的隧道巡检系统，其特征在于，所述巡检机器人还用于自检，并且当自检出元器件故障或遇阻时停止运动，并将元器件故障或遇阻的信息发送至所述控制子系统。
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