隧道地质安全超前超深探测车

1.本发明涉及隧道地质构造及地质灾害检测技术领域，特别是涉及一种隧道地质安全超前超深探测车。


背景技术：

2.中国已经成为拥有隧道最长、最多的国家。截止2019年低，全国铁路营业里程达到15万公里，其中高铁3万公里左右，铁路运营隧道6874座，总长4158km。由于深埋、长距离、水层下掘进等多方面影响，地质和水文地质条件更加趋于复杂，隧道施工将不可预料会遇到如断层、坍塌、岩溶、岩爆、突水、突泥、突瓦斯等工程地质灾害隐患，成为影响工程施工进度的主要难题。如川藏铁路位于高海拔地区，地势险峻，空气稀薄，原有的地面探测技术实施难度大，难以给隧道安全快速施工提供可靠的地质保障。因此，研发隧道地质安全超前超深探测车等专用探测技术和装备，提高预报的精度和准确性，将成为隧道安全快速施工过程中亟待解决的问题。
3.探地雷达方法是利用天线发射高频电磁波并接收电磁回波来探测介质内部物质特性和分布规律的一种地球物理方法。探地雷达技术具有无损、高精度、速度快等优势，是目前隧道地质构造及地质灾害探测的主要手段。目前隧道复杂环境下，对于隧道掌子面前方、侧帮、底板、衬砌结构的隐伏病害进行探地雷达探测时，需要依靠人工搬运天线，作业效率低、危险性大。在对于隧道深部地质构造信息探测上现有雷达技术探测深度较浅，而我国正在扩大铁路与公路隧道的建设工作，安全探测装备的缺乏，导致隧道工程安全事故不断，隧道深部空间地质结构的精准探测对于保障隧道安全运行、推动城市交通发展具有重要意义。


技术实现要素：

4.为解决以上技术问题，本发明提供一种隧道地质安全超前超深探测车，利用大功率超深地质雷达天线与可收缩机械臂，通过变换机械臂的形态，实现隧道深部地质空间结构的精准探测，以解决隧道深部病害难以探测、人工搬运天线作业效率低、危险性大的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供一种隧道地质安全超前超深探测车，包括汽车、大功率超深地质雷达天线、机械臂系统、定位系统、雷达数据采集系统、视频采集系统和电气控制系统；所述大功率超深地质雷达天线与所述雷达数据采集系统连接；所述机械臂系统与所述电气控制系统连接；所述定位系统与所述视频采集系统连接；所述雷达数据采集系统与所述视频采集系统通过网络连接。
7.可选的，所述汽车内部包括由前向后依次设置的驾驶室、操作室和尾部平台，所述雷达数据采集系统、视频采集系统和电气控制系统均设置于汽车的操作室内；所述机械臂系统设置于所述汽车尾部平台上方；所述汽车尾部平台下方设有支腿，用于汽车停驶检测
时固定汽车位置。
8.可选的，所述机械臂系统包括机械臂与液压油缸，所述机械臂包括滑臂、上臂和下臂，所述下臂一端与汽车连接处设置有底座，所述底座用于实现下臂的180
°
旋转，所述下臂的另一端与所述上臂的一端可转动连接，所述上臂的另一端与所述滑臂的一端连接处设有转动轴，用于实现所述滑臂的360
°
旋转。
9.可选的，所述液压油缸分别设置于汽车底座与下臂连接处、下臂与上臂连接处，所述对应位置的液压油缸分别用于控制下臂升降、控制上臂升降和伸缩；所述机械臂在工作状态时，可以实现大功率超深地质雷达天线的四种探测方式：掌子面前方探测、拱顶探测、侧墙探测和底板探测。
10.可选的，所述滑臂上设置有滑轨，所述滑轨上设置有连接孔与所述大功率超深地质雷达天线连接，所述电气控制系统用于控制所述大功率超深地质雷达天线在滑轨上的移动。
11.可选的，所述定位系统包括两个测距轮编码器和两个定位接收模块，所述两个测距轮编码器，一个测距轮编码器设置于所述汽车后轮处与车轮轴同轴固定连接，用于记录汽车后轮的转数，另一个测距轮编码器设置于所述机械臂的滑臂上，用于记录天线沿滑轨的移动距离；所述两个定位接收模块设置于所述汽车操作室的顶部，用于采集定位汽车的卫星信号，所述定位接收模块在有卫星信号的条件下正常工作，在没有卫星信号的条件下暂停工作，从而记录汽车的行驶轨迹。
12.可选的，所述雷达数据采集系统包括数据采集模块与数据存储模块，所述数据采集模块可实现对目标回波视频信号以及同步脉冲等信号的同步采集；所述数据存储模块可将一段时间内采集的数据实时存储。
13.可选的，所述视频采集系统包括多个视频采集摄像头，所述多个视频采集摄像头位于所述汽车后部及侧部，用于采集车体周围及内部环境信息。
14.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
15.本发明中的隧道地质安全超前超深探测车主要结构包括汽车、大功率超深地质雷达天线、机械臂系统、定位系统、雷达数据采集系统、视频采集系统和电气控制系统；大功率超深地质雷达天线可实现隧道复杂环境下隧道掌子面前方、拱顶、侧墙、底板超深地质构造探测；机械臂系统采用可收缩机械臂设计，解决了隧道复杂环境下依靠人工搬运天线作业效率低、危险性大的问题，工作效率大幅提高；定位系统采用了两个测距轮编码器和两个定位接收模块，可以获取探测位置准确的坐标信息；视频采集系统的实时视频数据采集可以为雷达数据的处理和解释提供现场回放，减少对异常目标的误判漏判；电气控制系统对机械臂的实时位置调控，可以更加准确及时的改变天线姿态进行探测，探测结果为隧道现场施工及修复提供准确依据。
附图说明
16.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。
17.图1为本发明隧道地质安全超前超深探测车的结构示意图；
18.图2为本发明隧道地质安全超前超深探测车在隧道掌子面探测的结构示意图；
19.图3为本发明隧道地质安全超前超深探测车在隧道拱顶探测的结构示意图；
20.图4为本发明隧道地质安全超前超深探测车在隧道底部探测的结构示意图；
21.图5为本发明隧道地质安全超前超深探测车在隧道侧帮探测的结构示意图。
22.附图标记说明：1、汽车；2、大功率超深地质雷达天线；3、滑臂；4、上臂；5、下臂；6、液压油缸；7、支腿；8、视频采集摄像头；9、测距轮编码器。
具体实施方式
23.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，所描述的实施例仅仅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做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。
24.实施例一：
25.如图1所示，本实施例提供一种城市道路地下安全隐患雷达检测车，包括汽车1、大功率超深地质雷达天线2、机械臂系统、定位系统、雷达数据采集系统、视频采集系统和电气控制系统；所述大功率超深地质雷达天线2与所述雷达数据采集系统连接；所述机械臂系统与所述电气控制系统连接；所述定位系统与所述视频采集系统连接；所述雷达数据采集系统与所述视频采集系统通过网络连接。
26.于本具体实施例中，如图1-5所示，所述汽车1内部包括由前向后依次设置的驾驶室、操作室和尾部平台，所述雷达数据采集系统、视频采集系统和电气控制系统均设置于操作室内；所述机械臂系统设置于尾部平台上方；所述尾部平台下方设有支腿7，用于汽车1停驶检测时固定汽车位置。所述视频采集系统包括多个视频采集摄像头，所述视频采集摄像头8设置于所述汽车1后部及侧部，视频采集摄像头用于采集行车过程中汽车1车体周围及内部环境信息，所述测距轮编码器9设置于所述汽车1后轮处与车轮轴同轴固定连接，用于记录汽车后轮的转数。
27.所述定位系统包括两个测距轮编码器和两个定位接收模块，所述两个测距轮编码器，一个测距轮编码器设置于所述汽车1后轮处与车轮轴同轴固定连接，用于记录汽车后轮的转数，另一个测距轮编码器设置于所述机械臂的滑臂3上，用于记录天线沿滑轨的移动距离；所述两个定位接收模块设置于所述汽车1操作室的顶部，用于采集定位汽车1的卫星信号，所述定位接收模块在有卫星信号的条件下正常工作，在没有卫星信号的条件下暂停工作，从而记录汽车1的行驶轨迹。
28.操作室内还设置有两个单人椅子、一个长条座椅、一个桌子、五个屏幕和主机，五个屏幕中两个用于显示雷达数据，两个用于显示视频数据，一个用于显示定位数据。
29.于本具体实施例中，采用可收缩机械臂，所述机械臂包括滑臂3、上臂4和下臂5，所述下臂5一端与汽车连接处设置有底座，所述底座用于实现下臂5的180
°
旋转，所述下臂5的另一端与所述上臂4的一端可转动连接，所述上臂4的另一端与所述滑臂3的一端连接处设有转动轴，用于实现所述滑臂3的360
°
旋转。
30.所述液压油缸6分别设置于汽车底座与下臂5连接处、下臂5与上臂4连接处，所述
对应位置的液压油缸6分别用于控制下臂5升降、控制上臂4升降和伸缩。
31.所述滑臂3上设置有滑轨，所述滑轨上设置有连接孔与所述大功率超深地质雷达天线2连接，所述电气控制系统用于控制所述大功率超深地质雷达天线2在滑轨上的移动。
32.于本具体实施例中，如图2-5所示，所述机械臂在工作状态时，通过改变滑臂3、上臂4和下臂5的机械臂位置，可以实现大功率超深地质雷达天线2的四种探测方式：掌子面前方探测、拱顶探测、底部探测和侧帮探测。
33.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
34.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。