[发明专利]用于围岩分级和变形预测的隧道围岩形貌采集装置及方法

说明书

本发明公开了用于围岩分级和变形预测的隧道围岩形貌采集装置及方法，其中采集装置包括相机组件、控制器以及斜向伸缩机构，控制器控制斜向伸缩机构将相机组件斜向送至围岩附近，并使相机正对围岩表面且距离保持不变进行拍摄，控制斜向伸缩机构旋转直至相机组件将整个围岩拍摄完毕。本采集装置可将相机组件斜向送至围岩附近，因此无需铲车将渣石清除即可直接放置在定位点进行扫描。除了扫描围岩，本装置还可对掌子面进行扫描。通过斜向伸缩机构将扫描镜头贴近围岩表面，根据对正机构使扫描相机始终正对围岩表面且距离基本保持不变，增加扫描成像质量，可获取围岩细节且图片畸变较小。辅助以照明光源，提高成像清晰度。

技术领域

本发明涉及隧道围岩扫描技术领域，尤其涉及一种用于围岩分级和变形预测的隧道围岩形貌采集装置及方法。

背景技术

高原隧道的修建是目前西南地区研究的重要工程。高原隧道的修建有利于优化西南地区的产业结构，实现地区经济的协调发展；也有利于降低高原地区的运输成本，提高经济效益，有利于高原地区的对外开放，能够加强高原偏远地区与其他地区的交流互动。

围岩分级与围岩变形的监测是隧道施工的关键指标。围岩分级是后续隧道施工的基础，而进行围岩变形监测是保证施工质量稳定性的重要环节。基于这样的背景，目前已有如下传统技术。方法1：申请公布号CN112734640A提供了一种隧道围岩图像采集装置、处理系统及全景图像拼接方法，能够实时拍摄钻爆洞围岩图像并进行存储,通过球面投影模型结合线性畸变矫正模型对鱼眼相机采集的图像进行畸变矫正，然后利用配准算法、融合算法、球面展开算法等实现钻爆洞围岩全景图拼接。方法2：授权公布号CN112173103B是一种用于钻爆法施工隧道的工作面检测装置及方法。所述工作面检测装置包括:控制系统、存储与传输系统、信息采集系统、照明与供电系统以及无人机，采用本发明所提供的工作面检测装置及方法能够提高检查效率以及安全性。

但目前行业传统方法都不够完备，在某方面优势突出的同时，短板也依旧突出。如上述方法1人工测量、现场绘制误差大，使用高性能摄像系统价格昂贵，现场设备需要不断安装、拆除，工作量大；方法2使用无人机成本较高，容易损坏，并且无人机实时定位精准不高，难以准确给出扫描出的各图像的准确位置，影响围岩全方位三维形貌的高质量重建。

发明内容

本发明提供了一种用于围岩分级和变形预测的隧道围岩形貌采集装置及方法，以解决上述技术问题。

本发明采用的技术方案是：提供一种用于围岩分级和变形预测的隧道围岩形貌采集装置，包括：相机组件、控制器以及斜向伸缩机构，所述控制器控制斜向伸缩机构将相机组件斜向送至围岩附近，并使相机正对围岩表面且距离保持不变进行拍摄，控制斜向伸缩机构旋转直至相机组件将整个围岩拍摄完毕。

进一步的，还包括行走装置，所述斜向伸缩机构安装在所述行走装置上。

进一步的，所述行走装置为履带底盘。

进一步的，所述斜向伸缩机构包括铰接组件、第二安装板以及分别与所述控制器电连接的平台式旋转电机、第一旋转电机、伺服电动缸、球形旋转电机，所述平台式旋转电机安装在所述行走装置上，所述伺服电动缸底部通过铰接组件与平台式旋转电机连接，所述第一旋转电机安装在所述铰接组件上以驱动铰接组件旋转，所述伺服电动缸顶部通过第二安装板与球形旋转电机底部连接，所述球形旋转电机顶部与相机组件进行连接。

进一步的，所述铰接组件包括凵型铰接架和凵型底座，所述凵型底座安装在所述平台式旋转电机上，所述凵型铰接架与凵型底座开口相对扣合在一起，所述凵型铰接架和凵型底座的一侧壁通过所述第一旋转电机铰接，所述凵型铰接架和凵型底座的另一侧壁通过转轴铰接。

进一步的，所述相机组件包括相机、保护罩、对正机构、雨水传感器、灰尘传感器、雨水清扫机构、灰尘清扫机构、LED灯带以及第一安装板；所述保护罩与第一安装板形成封闭腔体，所述相机位于该封闭腔体内，所述LED灯带位于封闭腔体内，且周向布置于相机四周。