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1、(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202310640082.5(22)申请日 2023.05.31(71)申请人 广州南方测绘科技股份有限公司广州分公司地址 510665 广东省广州市天河区科韵路24-26号南楼第3层(72)发明人 刘彬傅晓珊黄鸿伟张秋元黄煜烽刘继涛黄路扬林志豪李猛(74)专利代理机构 广州文智专利代理事务所(特殊普通合伙)44469专利代理师 刘敏(51)Int.Cl.G01N 21/88(2006.01)G01N 21/01(2006.01)G01B 11/16(2006.01)(54)发明名称一种隧道表观采。
2、集设备及方法(57)摘要本发明涉及隧道表观病害检测的技术领域，具体涉及一种隧道表观采集设备及方法，包括：支撑杆的一端固设于运动载体上，支撑杆的另一端通过动力组件连接有表观采集组件；动力组件包括外壳、设于外壳内的电机以及转动连接在外壳上的转盘，外壳内还转动连接有感应片，外壳内对应感应片的旁侧设有传感器，电机通过传动机构依次与感应片和转盘相联动，传动机构用于使感应片每转动一周并触发一次传感器，转盘则转动角度；表观采集组件与转盘同轴转动，表观采集组件包括与传感器信号连接的采集控制模块，采集控制模块的外侧沿其旋转中心径向延伸均布有若干个拍照机构，采集控制模块用于根据传感器的反馈控制拍照机构进行隧道表观。
3、图像的采集并储存图像。权利要求书2页 说明书6页 附图4页CN 116609341 A2023.08.18CN 116609341 A1.一种隧道表观采集设备，其特征在于，包括支撑杆(1)，所述支撑杆(1)的一端固设于运动载体上，所述支撑杆(1)的另一端通过动力组件(2)连接有表观采集组件(3)；所述动力组件(2)包括外壳(21)、设于所述外壳(21)内的电机(22)以及转动连接在所述外壳(21)上的转盘(23)，所述外壳(21)内还转动连接有感应片(24)，所述外壳(21)内对应所述感应片(24)的旁侧设有传感器(25)，所述电机(22)通过传动机构(26)依次与所述感应片(24)和所述转盘。
4、(23)相联动，所述传动机构(26)用于使所述感应片(24)每转动一周并触发一次所述传感器(25)，所述转盘(23)则转动角度 ；所述表观采集组件(3)与所述转盘(23)同轴转动，所述表观采集组件(3)包括与所述传感器(25)信号连接的采集控制模块(31)，所述采集控制模块(31)的外侧沿其旋转中心径向延伸均布有若干个拍照机构(32)，所述采集控制模块(31)用于根据所述传感器(25)的反馈控制所述拍照机构(32)进行隧道表观图像的采集并储存图像。2.根据权利要求1所述一种隧道表观采集设备，其特征在于，所述拍照机构(32)包括面阵相机(321)和补光灯(322)，所述补光灯(322)为环形光源。
5、并围绕所述面阵相机(321)布置，所述面阵相机(321)和所述补光灯(322)分别与所述采集控制模块(31)信号连接。3.根据权利要求2所述一种隧道表观采集设备，其特征在于，每触发一次所述传感器(25)时，所述转盘(23)所转动的角度 为360 的约数，且所述拍照机构(32)的数量为360/的约数。4.根据权利要求1所述一种隧道表观采集设备，其特征在于，所述传动机构(26)包括转动连接在所述外壳(21)内的从动轴(261)，所述从动轴(261)的一端通过皮带轮组(262)与所述电机(22)的输出轴相联动，所述感应片(24)设于所述从动轴(261)的另一端，所述从动轴(261)上通过设置从动轮(。
6、263)与所述转盘(23)相联动。5.根据权利要求4所述一种隧道表观采集设备，其特征在于，所述转盘(23)沿其径向方向延伸均布有若干个固定轴(231)，若干个所述固定轴(231)上沿轴线方向均分别转动连接有随动轮(232)，所述从动轮(263)上设有螺旋状的凹槽并与所述随动轮(232)相适配。6.根据权利要求5所述一种隧道表观采集设备，其特征在于，所述固定轴(231)的数量为m个，且m360/。7.根据权利要求1所述一种隧道表观采集设备，其特征在于，所述外壳(21)包括与所述支撑杆(1)固定套接的固定管(211)，所述固定管(211)上依次设有与所述电机(22)和所述传动机构(26)相适配的电。
7、机盖(212)和与所述转盘(23)相适配的动力壳(213)，所述电机盖(212)的两侧还设有封盖(214)。8.根据权利要求1所述一种隧道表观采集设备，其特征在于，所述采集控制模块(31)的前侧壳体上还设有开关及USB插口。9.一种隧道表观采集方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将权利要求18任意一项所述一种隧道表观采集设备安装至运动载体上，使运动载体沿隧道行进并启动所述电机(22)；S2、所述电机(22)每次控制所述感应片(24)转动一周并触发一次所述传感器(25)，所述传感器(25)将信号反馈至所述采集控制模块(31)并使各所述拍照机构(32)进行一次拍照；S3、所述拍照机构(32)将采。
8、集到的隧道表观图像发送回所述采集控制模块(31)进行储权利要求书1/2 页2CN 116609341 A2存；S4、所述电机(22)再次启动并重复所述步骤S2和所述步骤S3。10.根据权利要求9所述一种隧道表观采集方法，其特征在于，所述电机(22)转动时，设定有n个拍照位，在相邻两个拍照位之间，所述转盘(23)旋转和静止的时间比为a：b,所述转盘(23)的角位移i与所述感应片(24)的角位移 满足如下关系：令T /a/(a+b)*360,当0T1/8,i360/n*(+4)*(T1/4*sin4 T)；当1/8T7/8，i360/n*(+4)*2+T9/4*sin(+4 T/3)；当7/8T1。
9、，i360/n*(+4)*(4+T1/4*sin4 T)；当a/(a+b)*360 360，i360/n。权利要求书2/2 页3CN 116609341 A3一种隧道表观采集设备及方法技术领域0001本发明涉及隧道表观病害检测的技术领域，具体涉及一种隧道表观采集设备及方法。背景技术0002隧道是，公路和轨道交通的重要基础设施，隧道衬砌的裂缝、变形等表观病害是隧道运营的重大安全隐患,使得病害快速检测与处理成为隧道安全运营的重大技术需求。当前,隧道检测依然以人工现场作业为主,效率低、安全隐患大,难以满足我国大量隧道普查检测需求。0003因此，在部分文献中，如专利CN202210853079.7公开。
10、了一种轨道交通隧道结构表观病害检测装置及方法，包括快速移动平台，通过行进轮毂沿轨道方向运行，快速移动平台上连接平顺性检测装置、监控摄像头、激光雷达和激光扫描仪；平顺性检测装置，包括位于快速移动平台底部并列布置且与轨道方向相垂直的两组检测梁，检测梁上设有激光测距仪和陀螺仪。通过搭载三维激光扫描仪、平顺性检测装置、远程地面控制站等设备从而实现对隧道结构表观病害的自动化巡检及轨道平顺性的智能检测。该发明通过三维激光扫描仪收集隧道结构点云数据，生成点云灰度图和深度影像视图，进而对影像中渗漏水、裂缝、掉块等表观病害信息进行识别与特征分析。但是该方法得到的点云稀疏，通常达到毫米级，只能对大的病害进行检测，。
11、无法实现隧道表观图像的高精度采集。0004而专利CN202210326870.2公开了一种隧道表观图像的车载采集装置及其控制方法，主要包括：采集控制主机A、线阵相机采集单元B、智能支架C、智能支架旋转控制系统D、智能支架伸缩控制系统E。所述线阵相机采集单元B固定安装在智能支架C上，线阵相机采集单元B中固定安装有测距仪F和测角仪G。F和G用于确定线阵相机采集单元B的姿态参数及相机距离隧道壁的距离参数，采集控制主机A控制B并实现隧道表观图像的数据采集，D和E用于智能支架C的调节控制。通过车载采集装置及其控制方法可实现对隧道表观图像的高精度采集。该发明未采用补光设备，对于照明不好的隧道无法适应，同时。
12、，由于采用的是线阵相机，对载体的行进速度稳定性要求极高，如果速度不稳定，会影响检测精度。发明内容0005为了解决上述现有技术存在的问题，本发明目的之一在于提供一种隧道表观采集设备，该设备结构紧凑，整体重量轻便，携带方便，能实现快速作业。本发明目的之二在于提供一种隧道表观采集方法，本方法采用相机对隧道表观图像进行高精度采集，通过相机绕中心旋转的形式，固定多个拍照位实现自动的隧道360 表观图像的采集。0006本发明所述的一种隧道表观采集设备，包括支撑杆，所述支撑杆的一端固设于运动载体上，所述支撑杆的另一端通过动力组件连接有表观采集组件；0007所述动力组件包括外壳、设于所述外壳内的电机以及转动连。
13、接在所述外壳上的转盘，所述外壳内还转动连接有感应片，所述外壳内对应所述感应片的旁侧设有传感器，所述说明书1/6 页4CN 116609341 A4电机通过传动机构依次与所述感应片和所述转盘相联动，所述传动机构用于使所述感应片每转动一周并触发一次所述传感器，所述转盘则转动角度 ；0008所述表观采集组件与所述转盘同轴转动，所述表观采集组件包括与所述传感器信号连接的采集控制模块，所述采集控制模块的外侧沿其旋转中心径向延伸均布有若干个拍照机构，所述采集控制模块用于根据所述传感器的反馈控制所述拍照机构进行隧道表观图像的采集并储存图像。0009在其中一个实施例中，所述拍照机构包括面阵相机和补光灯，所述补。
14、光灯为环形光源并围绕所述面阵相机布置，所述面阵相机和所述补光灯分别与所述采集控制模块信号连接。0010在其中一个实施例中，每触发一次所述传感器时，所述转盘所转动的角度 为360的约数，且所述拍照机构的数量为360/的约数。0011在其中一个实施例中，所述传动机构包括转动连接在所述外壳内的从动轴，所述从动轴的一端通过皮带轮组与所述电机的输出轴相联动，所述感应片设于所述从动轴的另一端，所述从动轴上通过设置从动轮与所述转盘相联动。0012在其中一个实施例中，所述转盘沿其径向方向延伸均布有若干个固定轴，若干个所述固定轴上沿轴线方向均分别转动连接有随动轮，所述从动轮上设有螺旋状的凹槽并与所述随动轮相适配。
15、。0013在其中一个实施例中，所述固定轴的数量为m个，且m360/。0014在其中一个实施例中，所述外壳包括与所述支撑杆固定套接的固定管，所述固定管上依次设有与所述电机和所述传动机构相适配的电机盖和与所述转盘相适配的动力壳，所述电机盖的两侧还设有封盖。0015在其中一个实施例中，所述采集控制模块的前侧壳体上还设有开关及USB插口。0016本发明所述的一种隧道表观采集方法，包括以下步骤：0017S1、将上述一种隧道表观采集设备安装至运动载体上，使运动载体沿隧道行进并启动所述电机；0018S2、所述电机每次控制所述感应片转动一周并触发一次所述传感器，所述传感器将信号反馈至所述采集控制模块并使各所述。
16、拍照机构进行一次拍照；0019S3、所述拍照机构将采集到的隧道表观图像发送回所述采集控制模块进行储存；0020S4、所述电机再次启动并重复所述步骤S2和所述步骤S3。0021在其中一个实施例中，所述电机转动时，设定有n个拍照位，在相邻两个拍照位之间，相机旋转和静止的时间比为a：b,所述转盘的角位移i与所述感应片的角位移 满足如下关系：0022令T /a/(a+b)*360,0023当0T1/8,0024i360/n*(+4)*(T1/4*s in4 T)；0025当1/8T7/8，0026i360/n*(+4)*2+T9/4*s in(+4 T/3)；0027当7/8T1，0028i360/n。
17、*(+4)*(4+T1/4*s in4 T)；说明书2/6 页5CN 116609341 A50029当a/(a+b)*360 360，0030i360/n。0031与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：00321、本发明结构紧凑，整体重量轻便，携带方便，能实现快速隧道表观采集作业。本设备通过拍照机构对隧道表观图像进行高精度采集，通过多组拍照机构均匀分布，绕中心旋转的形式，固定多个拍照位，并由感应片触发，实现隧道360 表观图像的采集。00332、本设备固定在运动载体上，同时保障本设备的输出轴中心与隧道中心线尽量重合；使运动载体匀速运动，控制本设备的伺服电机匀速旋转，带动感应片、面阵相机。
18、、补光灯等旋转；感应片进入传感器即槽型光电开关感应范围后，提供触发信号至采集控制模块，触发补光灯补光，相机拍照；相机回传数据至采集控制模块存储。00343、本设备采用的从动轮和随动轮的配合，其结构使得只需要控制伺服电机匀速转动就可以实现相机旋转和静止的功能，有效地避免照片成像的拖影问题，面阵相机及补光灯均匀分布，保证了采集组件的质心始终在旋转轴中心。附图说明0035图1是本发明一种隧道表观采集设备的结构示意图；0036图2是本发明的表观采集组件的结构示意图；0037图3是本发明的动力组件的结构示意图；0038图4是本发明的动力组件的主视剖视图。0039附图标记说明：1支撑杆，2动力组件，21外。
19、壳，211固定管，212电机盖，213动力壳，214封盖，22电机，23转盘，231固定轴，232随动轮，24感应片，25传感器，26传动机构，261从动轴，262皮带轮组，263从动轮，3表观采集组件，31采集控制模块，32拍照机构，321面阵相机，322补光灯。具体实施方式0040附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。0041在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是。
20、固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。0042如图1图4所示，本发明的一种隧道表观采集设备，包括支撑杆1，支撑杆1的一端固设于运动载体上，支撑杆1的另一端通过动力组件2连接有表观采集组件3；0043动力组件2包括外壳21、设于外壳21内的电机22以及转动连接在外壳21上的转盘23，外壳21内还转动连接有感应片24，外壳21内对应感应片24的旁侧设有传感器25，。
21、电机22通过传动机构26依次与感应片24和转盘23相联动，传动机构26用于使感应片24每转动一周并触发一次传感器25，转盘23则转动角度 ；说明书3/6 页6CN 116609341 A60044表观采集组件3与转盘23同轴转动，表观采集组件3包括与传感器25信号连接的采集控制模块31，采集控制模块31的外侧沿其旋转中心径向延伸均布有若干个拍照机构32，采集控制模块31用于根据传感器25的反馈控制拍照机构32进行隧道表观图像的采集并储存图像。0045本发明结构紧凑，整体重量轻便，携带方便，能实现快速隧道表观采集作业。本设备通过拍照机构32对隧道表观图像进行高精度采集，通过多组拍照机构32均匀分。
22、布，绕中心旋转的形式，固定多个拍照位，并由感应片24触发，实现隧道360 表观图像的采集。本设备具体分为三个组件，分别为支撑杆1、动力组件2和表观采集组件3。表观采集组件3负责隧道表观照片的采集及存储，表观采集组件3固定于动力组件2的中心轴,与动力组件2的中心轴一同旋转，动力组件2负责提供表观采集组件3绕中心轴旋转的动力,也即安装在外壳21内的电机22通过传动机构26分别带动感应片24和转盘23转动，电机22一般采用伺服电机，当感应片24在旋转时经过传感器25，则发送信号至采集控制模块31，从而让拍照机构32进行拍照，采集控制模块31的型号为STM32F103C8T6，可实现上述反馈、控制和储。
23、存等功能，支撑杆1则用于隧道表观采集设备及运动载体的衔接，例如轨道小车、汽车等。0046在其中一个实施例中，拍照机构32包括面阵相机321和补光灯322，补光灯322为环形光源并围绕面阵相机321布置，面阵相机321和补光灯322分别与采集控制模块31信号连接。也即，多个补光灯322围绕在面阵相机321旁形成环形光源，当采集控制模块31收到信号，则触发补光灯322补光和面阵相机321进行拍照，面阵相机321是以面为单位来进行图像采集，可以一次性获取完整的目标图像，并能及时进行图像采集的相机，面阵相机321外设有相机外罩对其起到防尘保护作用。进一步地，每触发一次传感器25时，转盘23所转动的角度。
24、 为360 的约数，且拍照机构32的数量为360/的约数。例如，拍照机构32一般设置3个并围绕采集控制模块31均布，而转盘23的每次转动角度 可为24，这样可刚好在转盘23转动一周时，感应片24触发传感器25共15次，刚好形成一个循环，以便于多个面阵相机321的拍照互相覆盖形成完整的隧道表观图像。0047在其中一个实施例中，传动机构26包括转动连接在外壳21内的从动轴261，从动轴261的一端通过皮带轮组262与电机22的输出轴相联动，感应片24设于从动轴261的另一端，从动轴261上通过设置从动轮263与转盘23相联动。传动机构26具体是通过设置了从动轴261来让感应片24和转盘23同步联动。
25、，从而刚好使感应片24转动一周而触发一次传感器25时，带动转盘23转动角度 以改变拍照位置，因此，从动轴261首先需要通过皮带轮组262与电机22联动，电机22采用伺服电机，其输出轴与从动轴261的角速度一致，而再通过从动轮263与转盘23的联动，可采用类似蜗轮蜗杆等方式，将传动方向改变为与表观采集组件3所需的拍照方向一致。而在本实施例中，转盘23沿其径向方向延伸均布有若干个固定轴231，若干个固定轴231上沿轴线方向均分别转动连接有随动轮232，从动轮263上设有螺旋状的凹槽并与随动轮232相适配。而且，固定轴231的数量为m个，且m360/。转盘23上按上述转动角度 间隔布置固定轴231，。
26、并在固定轴231套接随动轮232，随动轮232可沿固定轴231转动，当其与从动轮263的凹槽配合时使其联动更顺滑，而如图4所示，从动轮263转动一圈，凹槽刚好让一组固定轴231和随动轮232移动至下一组的位置，也即转盘23转动了一定角度，采用伺服电机则能控制从动轴261转动一圈即暂时停下，再次启动才再旋转一圈，这样让转盘23每次转动后角速度为0，相机拍照就不易产生拖影。说明书4/6 页7CN 116609341 A70048此外，外壳21包括与支撑杆1固定套接的固定管211，固定管211上依次设有与电机22和传动机构26相适配的电机盖212和与转盘23相适配的动力壳213，电机盖212的两侧还。
27、设有封盖214。外壳21包裹电机22、转盘23、感应片24、传感器25及传动机构26等部件，具体如图3所示，动力壳213处安装转盘23，并延伸出与采集控制模块31配合的转轴，而根据上述的传动机构26的联动方式，电机盖212包裹电机22和从动轴261，并在两侧预留感应片24、传感器25以及皮带轮组262的位置，利用封盖214包裹形成保护，并可在对应电机22的位置设置可拆卸的检修口，以便于电机的安装及检修等。而采集控制模块31的前侧壳体上还设有开关及USB插口，以便于单独对采集控制模块31控制面阵相机321和补光灯322的方式进行启动或关闭，以及更改控制逻辑或拷贝图像数据等。0049一种隧道表观采。
28、集方法，包括以下步骤：0050S1、将上述的一种隧道表观采集设备安装至运动载体上，使运动载体沿隧道行进并启动电机22；0051S2、电机22每次控制感应片24转动一周并触发一次传感器25，传感器25将信号反馈至采集控制模块31并使各拍照机构32进行一次拍照；0052S3、拍照机构32将采集到的隧道表观图像发送回采集控制模块31进行储存；0053S4、电机22再次启动并重复步骤S2和步骤S3。0054本发明的方法实际为隧道表观采集设备的使用方法，将上述设备固定在运动载体上，同时保障本设备的输出轴中心与隧道中心线尽量重合；使运动载体匀速运动，控制本设备的电机22匀速旋转，带动感应片24、面阵相机3。
29、21、补光灯322等旋转；感应片24进入传感器25即槽型光电开关感应范围后，提供触发信号至采集控制模块31，触发补光灯322补光，面阵相机321拍照；相机回传数据至采集控制模块31存储。0055而具体地，电机22在转动时，设定有n个拍照位，在相邻两个拍照位之间，相机旋转和静止的时间比为a：b，转盘23的角位移i与感应片24的角位移 满足如下关系：0056令T /a/(a+b)*360,0057当0T1/8,0058i360/n*(+4)*(T1/4*s in4 T)；0059当1/8T7/8，0060i360/n*(+4)*2+T9/4*s in(+4 T/3)；0061当7/8T1，0062。
30、i360/n*(+4)*(4+T1/4*s in4 T)；0063当a/(a+b)*360 360，0064i360/n。0065可见，优选的，满足上述关系条件时，转盘209角速度为0，感应片24进入传感器25的感应范围，传感器25提供触发信号至采集控制模块31，触发补光灯322补光及面阵相机321拍照。这样可以保证拍照时，面阵相机321角速度为0，有效地避免照片成像的拖影问题。0066在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的。
31、情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对说明书5/6 页8CN 116609341 A8本申请保护范围的限制。0067图中，描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。说明书6/6 页9CN 116609341 A9图1说明书附图1/4 页10CN 116609341 A10图2说明书附图2/4 页11CN 116609341 A11图3说明书附图3/4 页12CN 116609341 A12图4说明书附图4/4 页13CN 116609341 A13。