隧道围岩地质条件探测系统的制作方法

1.本实用新型涉及地质探测技术领域，尤其涉及一种隧道围岩地质条件探测系统。


背景技术：

2.在复杂地形和地质条件下进行隧道的开挖是十分困难的，在不清楚隧道围岩地质条件的情况下进行施工存在着很多由于不良地质带来的风险。在隧道穿越不良地质区域，如断层破碎带、岩溶及地下暗河等地质构造的时候，容易造成隧道塌方、地面塌陷、突水等地质灾害，引发安全事故。然而，这些不良地质如果仅仅依靠少量地质资料和勘察阶段数量有限的钻孔是很难完全排查到的，而且在野外探测时，需要花费大量的时间，因此，如何在隧道施工前准确且高效率地探测隧道围岩地质条件成为亟待解决的技术问题。
3.上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提出一种隧道围岩地质条件探测系统，旨在解决隧道围岩地质条件探测效率低且不准确的技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提出一种隧道围岩地质条件探测系统，所述系统包括：控制终端、无人机飞行器、机载电磁处理模块、电磁波发射模块、电磁波接收模块，所述控制终端与所述机载电磁处理模块连接，所述机载电磁处理模块与所述电磁波发射模块连接，所述机载电磁处理模块与所述电磁波接收模块连接；
6.其中，所述机载电磁处理模块，用于输出电磁波发射控制信号；
7.所述电磁波发射模块，用于根据所述电磁波发射控制信号向待测围岩地质体发射测量电磁波；
8.所述电磁波接收模块，用于接收所述待测围岩地质体反馈的响应电磁波，并将所述响应电磁波发送至所述机载电磁处理模块；
9.所述机载电磁处理模块，还用于将所述响应电磁波转换为数字响应信号，并将所述数字响应信号发送至所述控制终端；
10.所述控制终端，用于根据所述数字响应信号生成所述待测围岩地质体的视电阻率图谱。
11.可选地，所述系统还包括：机载照相机和激光测距器，所述机载照相机与所述控制终端连接，所述激光测距器与所述控制终端连接；
12.其中，所述机载照相机，用于拍摄所述待测围岩地质体的地质图片，并将所述地质图片发送至所述控制终端；
13.所述激光测距器，用于测量所述待测围岩地质体的垂直距离，并将所述垂直距离发送至所述控制终端；
14.所述控制终端，还用于根据所述地质图片和所述垂直距离生成所述待测围岩地质
体的地表高程数据；
15.所述控制终端，还用于根据所述视电阻率图谱和所述地表高程数据生成所述待测围岩地质体的视电阻率等值线色谱图。
16.可选地，所述机载电磁处理模块包括：发射电路、接收电路、第一单片机和第一无线通信网口；
17.其中，所述发射电路的信号输出端与所述电磁波发射模块的信号输入端连接，所述接收电路的信号输入端与所述电磁波接收模块的信号输出端连接，所述发射电路的通信端与所述第一单片机的通信端连接，所述接收电路的通信端与所述第一单片机的通信端连接，所述第一单片机的数据通信端与所述第一无线通信网口连接，所述第一无线通信网口与所述控制终端连接。
18.可选的，所述无人机飞行器包括无人机飞控器，所述无人机飞控器包括：惯性测量传感器、加速度计、gps模块、超声波传感器、光流传感器、第二无线通信网口和第二单片机；
19.其中，所述惯性测量传感器与所述第二单片机连接，所述加速度计与所述第二单片机连接，所述gps模块与所述第二单片机连接，所述超声波传感器与所述第二单片机连接，所述光流传感器与所述第二单片机连接，所述第二无线通信网口与所述第二单片机连接。
20.可选地，所述控制终端包括：系统总线、cpu处理器、人机交互设备、存储器和第三无线通信网口；
21.其中，所述系统总线与所述cpu处理器连接、所述系统总线与所述人机交互设备连接、所述系统总线与所述存储器连接，所述系统总线与所述第三无线通信网口连接，所述第三无线通信网口与所述第一无线通信网口连接，所述第三无线通信网口与所述第二无线通信网口连接。
22.可选地，所述电磁波发射模块包括：发射线圈吊杆和发射线圈；
23.其中，所述发射线圈吊杆的第一端与所述无人机飞行器连接，所述发射线圈设置在所述发射线圈吊杆的第二端，所述发射线圈的信号输入端与所述发射电路的信号输出端连接。
24.所述电磁波接收模块包括接收器吊杆、第一磁通门传感器和第二磁通门传感器；
25.其中，所述接收器吊杆的第一端与所述无人机飞行器连接，所述第一磁通门传感器和所述第二磁通门传感器依次设置在所述接收器吊杆的第二端，所述第一磁通门传感器与所述接收电路的信号输入端连接，所述第二磁通门传感器的信号输出端与所述接收电路的信号输入端连接。
26.可选地，所述的发射线圈吊杆和所述接收器吊杆为碳纤维杆。
27.本实用新型技术方案通过提出一种隧道围岩地质条件探测系统，该系统包括：无人机飞行器、控制终端、机载电磁处理模块、电磁波发射模块、电磁波接收模块，所述控制终端与所述机载电磁处理模块连接，所述机载电磁处理模块与所述电磁波发射模块连接，所述机载电磁处理模块与所述电磁波接收模块连接；其中，所述机载电磁处理模块，用于输出电磁波发射控制信号；所述电磁波发射模块，用于根据所述电磁波发射控制信号向待测围岩地质体发射测量电磁波；所述电磁波接收模块，用于接收所述待测围岩地质体反馈的响应电磁波，并将所述响应电磁波发送至所述机载电磁处理模块；所述机载电磁处理模块，还
用于将所述响应电磁波转换为数字响应信号，并将所述数字响应信号发送至所述控制终端；所述控制终端，用于根据所述数字响应信号生成所述待测围岩地质体的视电阻率图谱。由于本实用新型是通过无人机飞行器搭载机载电磁处理模块、电磁波发射模块和电磁波接收模块，控制终端控制机载电磁处理模块输出电磁波发射控制信号，电磁波发射模块发射测量电磁波，电磁波接收模块将接收待测围岩地质体反馈的响应电磁波发送至机载电磁处理模块，机载电磁处理模块将响应电磁波转换为数字响应信号后发送至控制终端，控制终端根据数字响应信号生成待测围岩地质体的视电阻率图谱，控制终端根据机载照相机拍摄的地质图片和激光测距器测得的垂直距离生成待测围岩地质体的地表高程数据，并根据地表高程数据对视电阻率图谱进行标定获得视电阻率等值色线图，得到准确的深度信息，实现了对待测围岩地质体的探测，解决了现有技术中野外探测困难的技术问题，提高了待测围岩地质体的探测效率、探测深度和探测准确度。
附图说明
28.为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
29.图1为本实用新型隧道围岩地质条件探测系统一实施例的示意图；
30.图2为本实用新型隧道围岩地质条件探测系统一实施例的示意图；
31.图3为本实用新型隧道围岩地质条件探测系统一实施例的机载电磁处理模块的示意图；
32.图4为本实用新型隧道围岩地质条件探测系统一实施例的无人机飞控器的模块示意图；
33.图5为本实用新型隧道围岩地质条件探测系统一实施例的控制终端的模块示意图；
34.图6为为本实用新型隧道围岩地质条件探测系统的示意图。
35.附图标号说明：
36.[0037][0038]
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0039]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0040]
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0041]
另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
[0042]
本实用新型提出一种隧道围岩地质条件探测系统。
[0043]
参照图1，在本实用新型实施例中，所述隧道围岩地质条件探测系统，包括：控制终端10、无人机飞行器20、机载电磁处理模块30、电磁波发射模块40、电磁波接收模块50，所述控制终端10与所述机载电磁处理模块30连接，所述机载电磁处理模块30与所述电磁波发射模块40连接，所述机载电磁处理模块 30与所述电磁波接收模块50连接；
[0044]
其中，所述机载电磁处理模块30，用于输出电磁波发射控制信号。
[0045]
应该理解的是，本实施例提出的隧道围岩地质条件探测系统是基于无人机飞行器的，无人机飞行器作为载体，机载电磁处理模块、电磁波发射模块和电池波接收模块设置在无人机飞行器上，控制终端单独设置在探测现场。
[0046]
需要说明的是，在探测前，可根据前期对待测围岩地质体的勘察资料对待测围岩地质体组成进行初步划分，初步判定围岩的岩性和结构面方向，例如可以对待测围岩地质体进行平面网格划分，待测区域取待测围岩地质体沿隧道轴线方向各延伸30米，垂直隧道
轴向方向各延伸10米的矩形区域。
[0047]
可以理解的是，控制终端与机载电磁处理模块无线通信连接，在探测准备就位后，控制终端发射电磁波发射控制信号至机载电磁处理模块，机载电磁处理模块将接收到的电磁波发射控制信号输出，电磁波发射控制信号为控制电磁波发射模块发射测量电磁波的信号。
[0048]
所述电磁波发射模块40，用于根据所述电磁波发射控制信号向待测围岩地质体发射测量电磁波。
[0049]
应该理解的是，电磁波发射模块在接收到电磁波发射控制信号后，根据控制信号向待测围岩地质体发射测量电磁波，其中测量电磁波包括高频测量电磁波和低频测量电磁波，待测围岩地质体包括待测隧道围岩和隧道的地质体。
[0050]
所述电磁波接收模块50，用于接收所述待测围岩地质体反馈的响应电磁波，并将所述响应电磁波发送至所述机载电磁处理模块。
[0051]
可以理解的是，测量电磁波到达待测围岩地质体后，在待测隧道围岩和隧道内形成响应电磁波，电磁波接收模块接收待测隧道围岩和隧道反馈的响应电磁波，电磁波可以按照固定的时间间隔接收响应电磁波。
[0052]
所述机载电磁处理模块30，还用于将所述响应电磁波转换为数字响应信号，并将所述数字响应信号发送至所述控制终端。
[0053]
可以理解的是，电磁波接收模块接收到的响应电磁波为模拟信号，电磁波接收模块将接收到的响应电磁波发送至机载电磁处理模块，机载电磁处理模块经过模数转换后将响应电磁波转换为数字响应信号，并将数字响应信号发送至控制终端。
[0054]
所述控制终端10，用于根据所述数字响应信号生成所述待测围岩地质体的视电阻率图谱。
[0055]
可以理解的是，根据电磁波在地层的“趋肤效应”理论可知，高频电磁波探测距离近，低频电磁波探测距离远，控制终端根据不同时间发送的的数字响应信号，可以得到不同时间的视电阻率值和对应的探测深度，从而得到视电阻率图谱。
[0056]
进一步地，参照图2，所述系统还包括：机载照相机60和激光测距器70，所述机载照相机60与所述控制终端10连接，所述激光测距器70与所述控制终端10连接；
[0057]
其中，所述机载照相机60，用于拍摄所述待测围岩地质体的地质图片，并将所述地质图片发送至所述控制终端；所述激光测距器70，用于测量所述待测围岩地质体的垂直距离，并将所述垂直距离发送至所述控制终端。
[0058]
应该理解的是，机载照相机和机关测距器与控制终端无线通信连接，机载照相机和激光测距器设置在无人机飞行器上，在探测过程中机载照相机和激光测距器在无人机飞行器上，垂直向下对待测围岩地质体拍摄地质图片并测量距离，机载照相机拍摄的地质图片和激光测距器测得的垂直距离发送到控制终端。
[0059]
所述控制终端10，还用于根据所述地质图片和所述垂直距离生成所述待测围岩地质体的地表高程数据。
[0060]
应该理解的是，控制终端根据接收到的地质图片和垂直距离得到待测围岩地质体的地表高程数据。
[0061]
所述控制终端10，还用于根据所述视电阻率图谱和所述地表高程数据生成所述待
测围岩地质体的视电阻率等值线色谱图。
[0062]
可以理解的是，控制终端根据待测围岩地质体的地表高程数据对待测围岩地质体的视电阻率图谱进行标定，获得待测围岩地质体顺隧道轴线水平测线的隧道围岩地质体的视电阻率等值色线图。
[0063]
应该理解的是，对整个待测围岩地质体进行探测后，可以得到待测围岩地质体的三位视电阻率图谱和地表三位地形数据，寻找低阻异常体，通常认为低阻体区域具有较高的含水率，高阻体考虑为大颗粒岩土体且无水填充，结合原有地质勘察资料，评估不良地质条件和围岩劣化效应。
[0064]
进一步地，参考图3，所述机载电磁处理模块30包括：发射电路301、接收电路302、第一单片机303和第一无线通信网口304；
[0065]
其中，所述发射电路301的信号输出端与所述电磁波发射模块40的信号输入端连接，所述接收电路302的信号输入端与所述电磁波接收模块50的信号输出端连接，所述发射电路301的通信端与所述第一单片机303的通信端连接，所述接收电路302的通信端与所述第一单片机303的通信端连接，所述第一单片机303的数据通信端与所述第一无线通信网口304连接，所述第一无线通信网口304与所述控制终端10连接。
[0066]
应该理解的是，第一无线通信网络接口与控制终端通过无线网络通信连接，控制终端通过第一无线通信网络接口将电磁波发射控制信号发送发送至第一单片机，第一单片机接机将接收到的信号通过发射电路将电磁波发射控制信号发送至电磁波发射模块的信号输入端以控制电磁波发射模块发射测量电磁波，待测围岩地质体反馈的响应电磁波被电磁波接收模块接收后，经过接收电路发送至第一单片机，第一单片机对接收到的响应电磁波进行模数转换处理将模拟信号转换为数字信号得到数字响应信号，并将数字响应信号通过第一无线通信网口发送至控制终端。
[0067]
进一步地，参考图4，所述无人机飞行器包括：无人机飞控器2，所述无人机飞控器2包括惯性测量传感器201、加速度计202、gps模块203、超声波传感器204、光流传感器205、第二无线通信网口206和第二单片机207；
[0068]
其中，所述惯性测量传感器201与所述第二单片机207连接，所述加速度计202与所述第二单片机207连接，所述gps模块203与所述第二单片机207 连接，所述超声波传感器204与所述第二单片机207连接，所述光流传感器205 与所述第二单片机207连接，所述第二无线通信网口206与所述第二单片机207 连接。
[0069]
应该理解的是，惯性测量传感器和加速度传感器用于感应无人机飞行器的飞行姿态，超声波传感器用于为低空高度精确控制或规避障碍物提供数据，gps 模块用于无人机飞行器水平位置和高度的粗略定位，光流传感器用于无人机飞行器悬停位置的精确定位，光流传感器和gps模块的定位功能可以确保无人机飞行器按照预设探测路线飞行，机载照相机拍摄的地质图片和激光测距器测得的垂直距离可以通过第二无线网络通讯接口发送至控制终端。
[0070]
进一步地，参考图5，所述控制终端10包括：系统总线101、cpu处理器 102、人机交互设备103、存储器104和第三无线通信网口105；
[0071]
其中，所述系统总线101与所述cpu处理器102连接、所述系统总线101 与所述人机交互设备102连接、所述系统总线101与所述存储器102连接，所述系统总线101与所述第三
无线通信网口105连接，所述第三无线通信网口105 与所述第一无线通信网口304连接，所述第三无线通信网口105与所述第二无线通信网口206连接。
[0072]
应该理解的是，控制终端的cpu处理器、人机交互设备和存储器都与系统总线连接，系统总线与第三无线通讯网络接口连接，通过第三无线通讯网络接口与第一无线通讯网络接口和第二无线通讯网络接口建立通信连接。
[0073]
进一步地，参考图6，所述电磁波发射模块40包括：发射线圈吊杆401和发射线圈402；
[0074]
其中，所述发射线圈吊杆401的第一端与所述无人机飞行器20连接，所述发射线圈402设置在所述发射线圈吊杆401的第二端，所述发射线圈402的信号输入端与所述发射电路301的信号输出端连接。
[0075]
应该理解的是，发射线圈可以是采用铜线缠绕的矩形线框或铜线缠绕的圆形线框，铜线可以缠绕4至8圈，发射线圈吊杆的一端连接无人机飞行器，另一端连接发射线圈以将发射线圈固定在无人机飞行器下方，发射线圈的信号输入端与发射电路的信号输出端连接。
[0076]
进一步地，参考图6，所述电磁波接收模块50包括接收器吊杆501、第一磁通门传感器502和第二磁通门传感器503；
[0077]
其中，所述接收器吊杆501的第一端与所述无人机飞行器20连接，所述第一磁通门传感器502和所述第二磁通门传感器503依次设置在所述接收器吊杆 501的第二端，所述第一磁通门传感器502与所述接收电路302的信号输入端连接，所述第二磁通门传感器503的信号输出端与所述接收电路302的信号输入端连接。
[0078]
应该理解的是，第一磁通门传感器和第二磁通门传感器差分接收测量电磁波，可以克服大地地磁场和发射电磁一次场的背景干扰，有利提取局部小地质体引起的微弱电磁变化，提高局部弱异常的分辨精度，提高地质探测分层精度，接收器吊杆一端与无人机飞行器连接，另一端与磁通门传感器连接，以将两个磁通门传感器固定在无人机飞行器下方。
[0079]
进一步地，所述的发射线圈吊杆401和所述接收器吊杆501为碳纤维杆。
[0080]
本实施例技术方案通过提出一种隧道围岩地质条件探测系统，该系统包括：无人机飞行器、控制终端、机载电磁处理模块、电磁波发射模块、电磁波接收模块，所述控制终端与所述机载电磁处理模块连接，所述机载电磁处理模块与所述电磁波发射模块连接，所述机载电磁处理模块与所述电磁波接收模块连接；其中，所述机载电磁处理模块，用于输出电磁波发射控制信号；所述电磁波发射模块，用于根据所述电磁波发射控制信号向待测围岩地质体发射测量电磁波；所述电磁波接收模块，用于接收所述待测围岩地质体反馈的响应电磁波，并将所述响应电磁波发送至所述机载电磁处理模块；所述机载电磁处理模块，还用于将所述响应电磁波转换为数字响应信号，并将所述数字响应信号发送至所述控制终端；所述控制终端，用于根据所述数字响应信号生成所述待测围岩地质体的视电阻率图谱。由于本实施例是通过无人机飞行器搭载机载电磁处理模块、电磁波发射模块和电磁波接收模块，控制终端控制机载电磁处理模块输出电磁波发射控制信号，电磁波发射模块发射测量电磁波，电磁波接收模块将接收待测围岩地质体反馈的响应电磁波发送至机载电磁处理模块，机载电磁处理模块将响应电磁波转换为数字响应信号后发送至控制终端，控制终端根据数字响应信号生成待测围岩地质体的视电阻率图谱，控制终端根据机载照相机拍摄的地
质图片和激光测距器测得的垂直距离生成待测围岩地质体的地表高程数据，并根据地表高程数据对视电阻率图谱进行标定获得视电阻率等值色线图，得到准确的深度信息，实现了对待测围岩地质体的探测，解决了现有技术中野外探测困难的技术问题，提高了待测围岩地质体的探测效率和探测准确度。
[0081]
为实现上述目的，本实用新型还提出一种系统，所述系统包括如上所述的电路。该电路的具体结构参照上述实施例，由于本系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0082]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。