一种用于特大桥梁安全监控的巡查系统的制作方法

1.本发明属于桥梁巡查技术领域，具体涉及一种用于特大桥梁安全监控的巡查系统。


背景技术：

2.桥梁使用期间需要对其进行监控，实现碰撞预警、取证以及及时排除潜在风险等目的，其中常常采用桥梁巡查设备进行巡查监控，以保证能及时发现桥梁在使用或受到事故、灾害影响后产生缺陷和损伤，从而评估桥梁的健康状况。而超大型桥梁的侧面下部和桥梁底部都属于平时难以监测的桥梁隐蔽部位，平时难以及时观测。以往传统方式是有专门的沿桥梁行走的检查平台或检查车，二者都设置有方便检查人员下到桥梁底部下面并能沿桥梁行走的平台。这种平台设备的缺陷是主要由检查人员下到平台检查，一方面需要较多人力，并且平台自身需承担人员体重，因此必须要有足够的体积和结构强度，导致平台体积大、成本高、也难以频繁进行检查；另一方面这种通过人为检查的方式难以和布置在桥梁上的实时监控系统实现一体化，导致监控信息搜集处理存在隔离，不能及时准确地评估桥梁的安全状况。而常规的在线巡查装置则存在布置困难，监控区域有限，对于异常部位难以快速定位贴近检查，导致检查时采集图像不清晰或近景图像采集较慢的缺陷，巡查过程难以及时高效采集可靠监控信息，机械臂或其他移动摄像头的装置在频繁使用中容易产生误差积累，造成采集图像时摄像头的定位准确性不高，容易发生采集的图像定位错误的问题，影响对桥梁安全状况的评估。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种用于特大桥梁安全监控的巡查系统，用于解决现有技术中对桥底等桥梁隐蔽部位难以通过常规巡查装置实现频繁巡查，并存在巡查时难以快速随疑似病害缺陷部位进行定位和贴近采集图像信息的技术问题。
4.所述的一种用于特大桥梁安全监控的巡查系统，包括设于桥体侧面同向延伸设置的巡查轨道、沿所述巡查轨道移动的巡查行走机构、设置于所述巡查行走机构上的巡查设备主体和设于所述巡查设备主体的图像采集模块，所述巡查设备主体包括主体框架、滑动设置在所述主体框架下部能上下移动的远景图像采集机构、接近所述桥底的近景图像采集机构和驱动所述远景图像采集机构升降和展开的伸展驱动机构，所述近景图像采集机构包括电控机械臂，所述远景图像采集机构包括根部组件和交叉式伸缩组件，所述根部组件滑动连接在所述主体框架上受所述伸展驱动机构驱动，所述交叉式伸缩组件一端与所述根部组件活动连接，所述图像采集模块包括在所述交叉式伸缩组件上均匀设置的若干桥底远景摄像头和安装在所述电控机械臂末端的桥底近景摄像头，所述桥底远景摄像头能随所述交叉式伸缩组件的伸展在桥底下方均匀设置，所述桥底远景摄像头用于快速采集桥底整体图像和对所述桥底近景摄像头定位，所述桥底近景摄像头用于在接近从桥底整体图像识别出的病害疑似位置后采集病害疑似位置的近景图像。
5.优选的，所述交叉式伸缩组件有若干个x型连杆单元前后相连形成，所述x型连杆单元由两根伸缩连杆交叉转动连接而成，相邻的x型连杆单元之间通过相邻的伸缩连杆的端部铰接相连，所述根部组件包括根部框架、一对伸缩滑块和滑移驱动件，所述伸缩滑块对称滑动设置在所述根部框架的横向滑槽上，所述伸缩滑块分别与所述交叉式伸缩组件伸出的两个伸缩连杆的端部转动连接，所述滑移驱动件滑动连接在所述根部框架上并且滑动方向垂直于所述横向滑槽，所述桥底远景摄像头设于所述伸缩连杆彼此连接处。
6.优选的，所述根部框架上设有弹性伸缩复位杆，所述弹性伸缩复位杆包括一对分别与所述伸缩滑块相连的滑套、中间套管和一对复位弹簧，所述滑套滑动分别滑动套接在中间套管的两端，所述中间套管中间设有固定部，所述复位弹簧一端连接到对应的所述滑套端部而另一端连接到所述固定部。
7.优选的，所述交叉式伸缩组件还包括锁紧结构，所述桥底远景摄像头成对设置并且均位于相连的伸缩连杆的端部，所述锁紧结构与每对桥底远景摄像头一一对应设置，所述锁紧结构包括横向导槽、成对设置与每个桥底远景摄像头一一对应的锁紧块，以及安装在每个锁紧块上的电控锁紧器，每个横向导槽与一对锁紧块滑动连接，所述锁紧块与所述所述连杆的端部转动连接，所述电控锁紧器启动后用于将所述锁紧块锁紧固定在所述横向导槽上。
8.优选的，所述主体框架下部设有倾斜设置的倾斜导槽，所述倾斜导槽下端朝所述桥梁方向倾斜，所述根部组件还包括与所述倾斜导槽滑动连接滑动件，所述伸展驱动机构包括直线驱动装置和弹性伸缩组件，所述弹性伸缩组件安装在所述直线驱动装置的输出端，所述直线驱动装置沿所述倾斜导槽方向设置并安装在所述主体框架上，所述弹性伸缩组件包括安装在所述输出端的安装板、驱动连杆和弹性伸缩杆，所述驱动连杆一端铰接在所述安装板中间而另一端铰接在所述滑移驱动件上，所述弹性伸缩杆的一端垂直安装在所述安装板上而另一端固定安装在所述根部框架上。
9.优选的，所述主体框架朝所述桥梁一侧还固定安装有近景平台，所述近景图像采集机构还包括横向驱动装置，所述横向驱动装置包括横向安装在所述近景平台上的丝杠螺母机构，所述丝杠螺母机构的一端设有驱动所述丝杠螺母机构运行的横向驱动电机，所述电控机械臂的机座安装在丝杠螺母机构的可动件上，所述可动件为固定在所述丝杠螺母机构的滑动螺母上的滑动座。
10.优选的，所述主体框架上部设有固定在所述巡查行走机构上的上连接板，所述图像采集模块还包括能在竖直面上转动的桥侧摄像头，所述主体框架的顶部安装有所述桥侧摄像头，所述桥侧摄像头用于采集桥体侧面的图像。
11.优选的，所述巡查轨道包括上轨道和下轨道，所述上轨道和所述下轨道均平行设于所述桥体的侧面，所述巡查行走机构包括自走小车和行走机构框架，所述自走小车设于上轨道中沿所述上轨道移动，所述行走机构框架包括与所述自走小车固定连接的上连接部、框架立板和设有下行走轮的弯曲连接部，所述下行走轮倾斜设在并安装在所述弯曲连接部上，所述下行走轮沿所述下轨道移动。
12.本发明具有以下优点：本发明通过远景摄像采集桥底大片区域的图像，用于快速识别疑似缺陷区域，之后由系统控制电控机械臂和桥底近景摄像头在疑似缺陷区域进行贴近图像采集，从而既能快速定位疑似缺陷区域并获得清晰度更高的近景图像，又能通过远
景摄像实时定位桥底近景摄像头位置，保证近景采集图像位置的准确性，一定程度兼顾了巡查效率和识别精度，避免近景采集图像时发生采集区域错误或实际定位错误的问题。
附图说明
13.图1为本发明一种用于特大桥梁安全监控的巡查系统的结构示意图。
14.图2为图1所示结构中a区域的放大图。
15.图3、4为图1所示结构中巡查设备主体的结构示意图。
16.图5为图1所示结构中巡查设备主体的俯视图，图中虚线表示桥底远景摄像头的图像采集范围。
17.图6为图1所示结构中巡查设备主体在复位为初始状态时的结构示意图，图中显示根部框架内弹性伸缩复位杆的结构。
18.图7为图1所示结构中近景图像采集机构的结构示意图。
19.图8为图1所示结构中巡查轨道和巡查行走机构的结构示意图。
20.附图中的标记为：1、桥体，2、巡查轨道，21、上轨道，22、下轨道，3、巡查设备主体，31、主体框架，3101、上连接板，3102、倾斜导槽，3103、u型承托连接板，32、远景图像采集机构，3201、伸缩连杆，3202、根部框架，3203、滑移驱动件，3204、横向导槽，3205、伸缩滑块，3206、滑动件，3207、伸缩滑块，3208、滑套，3209、中间套管，33、伸展驱动机构，3301、直线驱动装置，3302、安装板，3303、弹性伸缩杆，3304、驱动连杆，34、近景图像采集机构，3401、近景平台，3402、电控机械臂，3403、横向驱动装置，4、巡查行走机构，41、自走小车，42、上连接部，43、弯曲连接部，44、下行走轮，45、框架立板，5、图像采集模块，51、桥底远景摄像头，52、桥底近景摄像头，53、桥侧摄像头。
具体实施方式
21.下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和伸入的理解。
22.如图1-8所示，本发明提供了一种用于特大桥梁安全监控的巡查系统，包括设于桥体1侧面同向延伸设置的巡查轨道2、沿所述巡查轨道2移动的巡查行走机构4、设置于所述巡查行走机构4上的巡查设备主体3和设于所述巡查设备主体3的图像采集模块5，所述巡查设备主体3包括主体框架31、滑动设置在所述主体框架31下部能上下移动的远景图像采集机构32、接近所述桥底的近景图像采集机构34和驱动所述远景图像采集机构32升降和展开的伸展驱动机构33，所述近景图像采集机构34包括电控机械臂3402，所述远景图像采集机构32包括根部组件和交叉式伸缩组件，所述根部组件滑动连接在所述主体框架31上受所述伸展驱动机构33驱动，所述交叉式伸缩组件一端与所述根部组件活动连接，所述图像采集模块5包括在所述交叉式伸缩组件上均匀设置的若干桥底远景摄像头51和安装在所述电控机械臂3402末端的桥底近景摄像头52，所述桥底远景摄像头51能随所述交叉式伸缩组件的伸展在桥底下方均匀设置，所述桥底远景摄像头51用于快速采集桥底整体图像和对所述桥底近景摄像头52定位，所述桥底近景摄像头52用于在接近从桥底整体图像识别出的病害疑似位置后采集病害疑似位置的近景图像。
23.这里通过远景摄像采集桥底大片区域的图像，用于初步识别其中可能存在病患的疑似缺陷区域，在确定疑似缺陷区域后由系统控制电控机械臂3402和桥底近景摄像头52在疑似缺陷区域进行贴近图像采集，从而获得清晰度更高的近景图像，准确识别该区域内是否有病患缺陷。这样初步识别疑似缺陷区域的图像采集范围大，识别速度快，一定程度兼顾了巡查效率和识别精度。而且由于桥底近景摄像头52的移动能同步在远景摄像采集的远景图像中识别出来，因此通过图像定位更加快速准确，避免近景采集图像时发生采集区域错误或实际定位错误的问题。
24.所述交叉式伸缩组件有若干个x型连杆单元前后相连形成，所述x型连杆单元由两根伸缩连杆3201交叉转动连接而成，相邻的x型连杆单元之间通过相邻的伸缩连杆3201的端部铰接相连，所述根部组件包括根部框架3202、一对伸缩滑块32053207和滑移驱动件3203，所述伸缩滑块32053207对称滑动设置在所述根部框架3202的横向滑槽上，所述伸缩滑块32053207分别与所述交叉式伸缩组件一个伸出端的两个伸缩连杆3201的端部转动连接，所述滑移驱动件3203滑动连接在所述根部框架3202上并且滑动方向垂直于所述横向滑槽，所述滑移驱动件3203向桥梁中线方向滑动时驱动所述交叉式伸缩组件伸出，所述桥底远景摄像头51设于所述伸缩连杆3201彼此连接处。采用这种结构的伸缩组件结合桥底远景摄像头51的设置能在伸展过程中保证摄像头均匀伸展在桥底沿伸展方向均匀设置的同时，又避免伸缩过程中摄像头受其他部件影响干涉，如伸缩套接结构收缩过程容易遮蔽或触碰内侧部件上的摄像头。
25.所述根部框架3202上设有弹性伸缩复位杆，所述弹性伸缩复位杆包括一对分别与所述伸缩滑块32053207相连的滑套3208、中间套管3209和一对复位弹簧，所述滑套3208滑动分别滑动套接在中间套管3209的两端，所述中间套管3209中间设有固定部，所述复位弹簧一端连接到对应的所述滑套3208端部而另一端连接到所述固定部。所述根部框架3202的中部设有纵向滑槽，所述滑移驱动件3203滑动连接于所述纵向滑槽，所述滑移驱动件3203朝向所述桥梁一端具有推动部，所述推动部在滑移时推动滑与所述根部组件相邻的x型连杆单元的伸缩连杆3201内侧。这种结构便于通过滑移驱动件3203推动交叉式伸缩组件伸展后，在未提升根部组件前让交叉式伸缩组件自动复位，从而避免提升过程中未复位的交叉式伸缩组件与桥体1发生碰撞。
26.所述交叉式伸缩组件还包括锁紧结构，所述桥底远景摄像头51成对设置并且均位于相连的伸缩连杆3201的端部，所述锁紧结构与每对桥底远景摄像头51一一对应设置，所述锁紧结构包括横向导槽3204、成对设置与每个桥底远景摄像头51一一对应的锁紧块，以及安装在每个锁紧块上的电控锁紧器，每个横向导槽3204与一对锁紧块滑动连接，所述锁紧块与所述所述连杆的端部转动连接，所述电控锁紧器启动后用于将所述锁紧块锁紧固定在所述横向导槽3204上。所述锁紧块顶部固定有竖直向上伸出的圆杆，所述圆杆穿过上方相连的两个伸缩连杆3201端部并与对应的桥底远景摄像头51固定连接，所述圆杆与两个伸缩连杆3201均转动连接。锁紧结构在锁紧后能提高展开后的交叉式伸缩组件的结构强度，减少远景图像采集时受到振动和风力作用的影响。电控锁紧器还可以设置在根部组件中用于在伸展后将伸缩滑块32053207锁紧固定在根部框架3202中。
27.所述主体框架31下部设有倾斜设置的倾斜导槽3102，所述倾斜导槽3102下端朝所述桥梁方向倾斜，所述根部组件还包括与所述倾斜导槽3102滑动连接的滑动件3206，所述
伸展驱动机构33包括直线驱动装置3301和弹性伸缩组件，所述弹性伸缩组件安装在所述直线驱动装置3301的输出端，所述直线驱动装置3301沿所述倾斜导槽3102方向设置并安装在所述主体框架31上，所述弹性伸缩组件包括安装在所述输出端的安装板3302、驱动连杆3304和弹性伸缩杆3303，所述驱动连杆3304一端铰接在所述安装板3302中间而另一端铰接在所述滑移驱动件3203上，所述弹性伸缩杆3303的一端垂直安装在所述安装板3302上而另一端固定安装在所述根部框架3202上。所述倾斜导槽3102的下端之间通过u型承托连接板相连，所述根部组件到达所述倾斜导槽3102下端时被所述u型承托连接板托住。弹性伸缩组件的作用与弹性伸缩复位杆类似，在直线驱动装置3301的输出端向上收回时，弹性伸缩组件在保持根部组件位置的情况下优先复位，从而让交叉式伸缩组件首先收缩，收缩完成后再随根部组件倾斜向上移动。
28.所述主体框架31上部设有固定在所述巡查行走机构4上的上连接板3101，所述图像采集模块5还包括能在竖直面上转动的桥侧摄像头53，所述主体框架31的顶部安装有所述桥侧摄像头53，所述桥侧摄像头53用于采集桥体1侧面的图像。
29.所述主体框架31朝所述桥梁一侧还固定安装有近景平台3401，所述近景图像采集机构34还包括横向驱动装置3403，所述横向驱动装置3403包括横向安装在所述近景平台3401上的丝杠螺母机构，所述丝杠螺母机构的一端设有驱动所述丝杠螺母机构运行的横向驱动电机，所述电控机械臂3402的机座安装在丝杠螺母机构的可动件，所述可动件为固定在所述丝杠螺母机构的滑动螺母上的滑动座。
30.所述巡查轨道2包括上轨道21和下轨道22，所述上轨道21和所述下轨道22均平行设于所述桥体1的侧面，所述上轨道21中设有沿所述上轨道21移动的自走小车41，所述巡查行走机构4包括所述自走小车41和行走机构框架，所述行走机构框架包括与所述自走小车41固定连接的上连接部42、框架立板45和设有下行走轮44的弯曲连接部43，所述上连接板3101固定安装在所述框架立板45侧面，所述下行走轮44倾斜设在并安装在所述弯曲连接部43上，所述下轨道22的开口倾斜朝外，所述下行走轮44沿所述下轨道22移动。
31.所述自走小车41设有被动力装置驱动的底部车轮和侧面车轮，所述底部车轮安装在自走小车41的底部受所述动力装置驱动，所述侧面车轮安装在所述自走小车41侧面，可以受动力装置驱动，也可以被动转动。
32.所述巡查系统运行过程如下：自走小车41内置的电源提供动力，带动巡查行走机构4沿巡查轨道2移动，由于本装置所需的体积和重量都远比一般载人的检查平台需求要小，因能在体积和重量上都相对较小并能频繁移动，而耗费的材料成本能源成本都较小，并且不需要人力成本。
33.在巡查移动机构的移动过程中，如果是非检查状态，即单纯行走状态则交叉式伸缩组件处于收缩状态，并位于倾斜导槽3102的高点，交叉式伸缩组件向桥梁伸出的端部位于桥体1外侧，电控机械手也处于折叠收缩状态，因此也位于桥梁外侧，这样移动过程上述机构均不受桥墩或桥底其他结构妨碍，方便巡查移动机构移动。此时桥侧摄像头53能自由转动角度，采集不同位置的桥体1侧面图像，实时提供给本系统的控制中心，从而利用控制中心的电脑记录、处理、识别、分析采集到的桥侧图像，其中包括从巡查轨道2上方伸出的桥体1侧面的附属结构，如产生电力的光伏组件或监控装置。
34.当需要对桥底隐蔽部位进行图像采集时，不直接将桥底近景摄像头52送出到桥底
进行图像采集，不然桥底区域需要桥底近景摄像头52逐片区域移动并采集相应图像，由于近景图像的图像采集范围小，需要每个小片区域逐一采集，这样耗时多、效率低；而且由于桥底近景摄像头52位置完全依靠电控机械臂3402上的感应器检测，当受震动或强风影响导致电控机械臂3402位置偏移，感应器不一定能准确测定实际的偏移量，导致修正后位置仍有较大偏差，这不仅影响对桥梁完全状况的评估，也会对之后引导维护人员造成位置偏差，降低维护效率。
35.因此本发明中首先由伸展驱动机构33推动弹性伸缩组件，后者在将远景图像采集机构32推到倾斜导槽3102下端后，进一步推动安装板3302，安装板3302通过驱动连杆3304推动滑移驱动件3203，滑移驱动件3203顶压前侧的x连杆单元，让对应x连杆单元的两根伸缩连杆3201向前移动，同时这两根伸缩连杆3201连接根部框架3202的端部彼此相对靠近，挤压弹性伸缩复位杆。伸展驱动机构33通过上述推动x连杆单元的动作驱动交叉式伸缩组件向桥梁中线方向伸展，伸展完成后各个桥底远景摄像头51沿交叉式伸缩组件均匀设置在对应的桥底区域，能够在一定范围内无死角地采集该片区域内的桥底图像。
36.由于是远景采集，因此虽然图像细节相对较少，清晰度不足，但能一次通过多个桥底远景摄像头51采集一大片驱动的远景图像，对这一片区域能进行图像的快速检查。而当发现疑似病患缺陷的部位后，电控机械臂3402在驱动桥底近景摄像头52在接近桥底的搞对针对识别出的可以部位进行贴近采集图像，由此获得的近景图像发送到本系统的控制中心进行实时监控和处理。改进后本方案通过伸展驱动机构33实现若干桥底远景摄像头51定点伸出铺设到桥底的作用，同时通过该种效果既实现了对桥体1较大区域远景图像的快速采集，又能在移动时通过收缩电控机械手和交叉式伸缩组件，防止桥墩等部分对巡查过程进行妨碍，方便又可靠。
37.另一方面由于桥底远景摄像头51在桥底近景摄像头52移动时持续采集上方的桥底图像和桥底近景摄像头52的图像，因此能对桥底近景摄像头52实现准确简便地定位，从而便于快速移动桥底近景摄像头52并对使用过程中后者产生的误差进行快速而及时地修复，避免长期使用中受震动、风吹等因素影响产生的误差。考虑交叉式伸缩组件本身结构强度不足，通过锁紧结构在伸展后实现短时间局部锁紧固定，增加交叉式伸缩组件的强度，从而保持桥底远景摄像头51的位置稳定，提高图像的清晰度和定位的可靠性。
38.上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。