一种高速公路隧道裂纹检测方法及系统与流程

本发明涉及隧道裂纹检测，尤其是涉及一种高速公路隧道裂纹检测方法及系统。

背景技术：

1、现有的隧道裂纹检测方法有以下几种：

2、一、目视检查法

3、目视检查法是最直接也是最基本的裂纹检测方法。通过人工巡视隧道，观察隧道壁面的情况，记录裂纹的位置、形态、长度和宽度等信息。这种方法简单易行，但受限于检测人员的经验和主观判断，可能存在漏检或误判的情况。

4、二、光学测量法

5、光学测量法利用高分辨率相机或摄像设备对隧道裂纹进行拍摄，再通过图像处理技术提取裂纹特征。这种方法能够提供更精确的数据，但受限于拍摄角度和光线条件，可能需要对拍摄的图片进行特殊处理。

6、三、应变测量法

7、应变测量法通过在隧道壁面粘贴应变片，测量裂纹产生时的应变变化，从而推断裂纹的情况。这种方法能够实时监测裂纹的发展，但需要在隧道壁上安装测量设备，可能对隧道结构产生一定影响。

8、四、声波检测法

9、声波检测法利用超声波或次声波在隧道内部传播时遇到裂纹产生的反射和散射现象，通过分析声波信号来检测裂纹。这种方法能够检测较深层次的裂纹，但对设备要求较高，且受隧道内部环境因素影响较大。

10、五、综合监测方法

11、综合监测方法将多种检测方法相结合，充分利用各种方法的优点，以提高裂纹检测的准确性和可靠性。这种方法通常需要在隧道内部布置多种监测设备，实现全方位、多角度的监测。

12、六、激光测量法

13、激光测量法利用激光测距原理，通过测量激光发射器与裂纹之间的距离变化来检测裂纹。这种方法具有高精度和高效率的特点，但需要专业的激光测量设备和操作技术。

14、七、全站仪测量法

15、全站仪测量法使用全站仪这种精密测量仪器，通过测量隧道内部各点的三维坐标，分析隧道变形和裂纹情况。这种方法能够提供全面的隧道变形信息，但需要专业的测量技术和较长的测量时间。

16、八、裂缝测宽仪法

17、裂缝测宽仪法使用专门的裂缝测宽仪器，通过接触式或非接触式测量，精确获取裂纹的宽度信息。这种方法适用于对裂纹宽度有精确要求的场合，但可能受到裂纹形态和表面状况的影响。

18、综上所述，隧道裂纹检测方法多种多样，各有其优缺点。在实际应用中，应根据隧道的具体情况和检测需求选择合适的方法，或者将多种方法相结合，以达到最佳的检测效果。但是，上述基本都是从单一维度或两个维度去考虑隧道裂纹情况，很少有从多维度（三个及以上）来考虑隧道裂纹情况，因此，有必要提供新型的多维度的高速公路隧道裂纹检测方案。

技术实现思路

1、本发明提供一种高速公路隧道裂纹检测方法及系统，采用曲面拟合，从多维度来评估裂纹情况，以提高检测效果。

2、本说明书实施例公开了一种高速公路隧道裂纹检测方法，包括：

3、获取离裂纹最近的隧道顶部、底部和壁面三者的基准点的平均水平位移，获取离裂纹最近的隧道顶部、底部和壁面三者的基准点的平均垂直位移，获取离裂纹最近的隧道顶部、底部和壁面三者的基准点的平均收敛度，获取裂纹的长度变化值、宽度变化值和深度变化值；

4、将所述平均水平位移作为行向量，将所述平均收敛度作为列向量，构成第一矩阵，再分别导入所述长度变化值、宽度变化值和深度变化值，执行曲面拟合操作，分别获得三个三维曲面和三个曲面拟合方程，将三个三维曲面分别记为水平长度参考域、水平宽度参考域和水平深度参考域，将三个曲面拟合方程分别记为水平长度曲面拟合方程、水平宽度曲面拟合方程和水平深度曲面拟合方程；

5、将所述平均垂直位移作为行向量，将所述平均收敛度作为列向量，构成第二矩阵，再分别导入所述长度变化值、宽度变化值和深度变化值，执行曲面拟合操作，分别获得三个三维曲面和三个曲面拟合方程，将三个三维曲面分别记为垂直长度参考域、垂直宽度参考域和垂直深度参考域，将三个曲面拟合方程分别记为垂直长度曲面拟合方程、垂直宽度曲面拟合方程和垂直深度曲面拟合方程；

6、获取实时的平均水平位移、实时的平均垂直位移和实时的平均收敛度；

7、将实时的平均水平位移分别代入所述水平长度曲面拟合方程、水平宽度曲面拟合方程和水平深度曲面拟合方程，获得目标值，若目标值大于0，则分别基于所述水平长度参考域、水平宽度参考域和水平深度参考域，获取与实时的平均水平位移对应的第一平均收敛度、第二平均收敛度和第三平均收敛度；

8、将实时的平均垂直位移分别代入所述垂直长度曲面拟合方程、垂直宽度曲面拟合方程和垂直深度曲面拟合方程，获得目标值，若目标值大于0，则分别基于所述垂直长度参考域、垂直宽度参考域和垂直深度参考域，获取与实时的平均垂直位移对应的第四平均收敛度、第五平均收敛度和第六平均收敛度；

9、将实时的平均收敛度与所述第一平均收敛度、第二平均收敛度、第三平均收敛度、第四平均收敛度、第五平均收敛度和第六平均收敛度六者之间的均值相比较，若一致，则基于水平长度参考域、水平宽度参考域和水平深度参考域，获取与实时的平均收敛度对应的第一长度变化值、第一宽度变化值和第一深度变化值，并基于垂直长度参考域、垂直宽度参考域和垂直深度参考域，获取与实时的平均收敛度移对应的第二长度变化值、第二宽度变化值和第二深度变化值；

10、若不一致，则基于水平长度参考域、水平宽度参考域和水平深度参考域，获取与六者之间的均值对应的第一长度变化值、第一宽度变化值和第一深度变化值，并基于垂直长度参考域、垂直宽度参考域和垂直深度参考域，获取与六者之间的均值对应的第二长度变化值、第二宽度变化值和第二深度变化值；

11、将所述第一长度变化值和第二长度变化值的均值作为裂纹长度检测结果，将所述第一宽度变化值和第二宽度变化值的均值作为裂纹宽度检测结果，将所述第一深度变化值和第二深度变化值的均值作为裂纹深度检测结果。

12、本说明书的一些实施例中，获取离裂纹最近的隧道壁面的基准点的第一倾斜角，将所述第一倾斜角作为行向量，将所述平均收敛度作为列向量，构成第三矩阵，再分别导入所述长度变化值、宽度变化值和深度变化值，执行曲面拟合操作，分别获得三个三维曲面和三个曲面拟合方程，将三个三维曲面分别记为第一倾斜角长度参考域、第一倾斜角宽度参考域和第一倾斜角深度参考域，将三个曲面拟合方程分别记为第一倾斜角长度曲面拟合方程、第一倾斜角宽度曲面拟合方程和第一倾斜角深度曲面拟合方程；

13、获取实时的第一倾斜角；

14、将实时的第一倾斜角分别代入所述第一倾斜角长度曲面拟合方程、第一倾斜角宽度曲面拟合方程和第一倾斜角深度曲面拟合方程，获得目标值，若目标值大于0，则分别基于所述第一倾斜角长度参考域、第一倾斜角宽度参考域和第一倾斜角深度参考域，获取与实时的第一倾斜角对应的第七平均收敛度、第八平均收敛度和第九平均收敛度；

15、将实时的平均收敛度与所述第一平均收敛度、第二平均收敛度、第三平均收敛度、第四平均收敛度、第五平均收敛度、第六平均收敛度、第七平均收敛度、第八平均收敛度和第九平均收敛度九者之间的均值相比较，若一致，则基于第一倾斜角长度参考域、第一倾斜角宽度参考域和第一倾斜角深度参考域，获取与实时的平均收敛度对应的第三长度变化值、第三宽度变化值和第三深度变化值；

16、若不一致，则基于第一倾斜角长度参考域、第一倾斜角宽度参考域和第一倾斜角深度参考域，获取与九者之间的均值对应的第三长度变化值、第三宽度变化值和第三深度变化值；

17、将所述第一长度变化值、第二长度变化值和第三长度变化值的均值作为裂纹长度检测结果，将所述第一宽度变化值、第二宽度变化值和第三宽度变化值的均值作为裂纹宽度检测结果，将所述第一深度变化值、第二深度变化值和第三深度变化值的均值作为裂纹深度检测结果。

18、本说明书的一些实施例中，获取离裂纹最近的隧道顶部的基准点的第二倾斜角，将所述第二倾斜角作为行向量，将所述平均收敛度作为列向量，构成第四矩阵，再分别导入所述长度变化值、宽度变化值和深度变化值，执行曲面拟合操作，分别获得三个三维曲面和三个曲面拟合方程，将三个三维曲面分别记为第二倾斜角长度参考域、第二倾斜角宽度参考域和第二倾斜角深度参考域，将三个曲面拟合方程分别记为第二倾斜角长度曲面拟合方程、第二倾斜角宽度曲面拟合方程和第二倾斜角深度曲面拟合方程；

19、获取实时的第二倾斜角；

20、将实时的第二倾斜角分别代入所述第二倾斜角长度曲面拟合方程、第二倾斜角宽度曲面拟合方程和第二倾斜角深度曲面拟合方程，获得目标值，若目标值大于0，则分别基于所述第二倾斜角长度参考域、第二倾斜角宽度参考域和第二倾斜角深度参考域，获取与实时的第二倾斜角对应的第十平均收敛度、第十一平均收敛度和第十二平均收敛度；

21、将实时的平均收敛度与所述第一平均收敛度、第二平均收敛度、第三平均收敛度、第四平均收敛度、第五平均收敛度、第六平均收敛度、第十平均收敛度、第十一平均收敛度和第十二平均收敛度九者之间的均值相比较，若一致，则基于第二倾斜角长度参考域、第二倾斜角宽度参考域和第二倾斜角深度参考域，获取与实时的平均收敛度对应的第四长度变化值、第四宽度变化值和第四深度变化值；

22、若不一致，则基于第二倾斜角长度参考域、第二倾斜角宽度参考域和第二倾斜角深度参考域，获取与九者之间的均值对应的第四长度变化值、第四宽度变化值和第四深度变化值；

23、将所述第一长度变化值、第二长度变化值和第四长度变化值的均值作为裂纹长度检测结果，将所述第一宽度变化值、第二宽度变化值和第四宽度变化值的均值作为裂纹宽度检测结果，将所述第一深度变化值、第二深度变化值和第四深度变化值的均值作为裂纹深度检测结果。

24、本说明书的一些实施例中，获取离裂纹最近的隧道底部的基准点的第三倾斜角，将所述第三倾斜角作为行向量，将所述平均收敛度作为列向量，构成第五矩阵，再分别导入所述长度变化值、宽度变化值和深度变化值，执行曲面拟合操作，分别获得三个三维曲面和三个曲面拟合方程，将三个三维曲面分别记为第三倾斜角长度参考域、第三倾斜角宽度参考域和第三倾斜角深度参考域，将三个曲面拟合方程分别记为第三倾斜角长度曲面拟合方程、第三倾斜角宽度曲面拟合方程和第三倾斜角深度曲面拟合方程；

25、获取实时的第三倾斜角；

26、将实时的第三倾斜角分别代入所述第三倾斜角长度曲面拟合方程、第三倾斜角宽度曲面拟合方程和第三倾斜角深度曲面拟合方程，获得目标值，若目标值大于0，则分别基于所述第三倾斜角长度参考域、第三倾斜角宽度参考域和第三倾斜角深度参考域，获取与实时的第三倾斜角对应的第十三平均收敛度、第十四平均收敛度和第十五平均收敛度；

27、将实时的平均收敛度与所述第一平均收敛度、第二平均收敛度、第三平均收敛度、第四平均收敛度、第五平均收敛度、第六平均收敛度、第十三平均收敛度、第十四平均收敛度和第十五平均收敛度九者之间的均值相比较，若一致，则基于第三倾斜角长度参考域、第三倾斜角宽度参考域和第三倾斜角深度参考域，获取与实时的平均收敛度对应的第五长度变化值、第五宽度变化值和第五深度变化值；

28、若不一致，则基于第三倾斜角长度参考域、第三倾斜角宽度参考域和第三倾斜角深度参考域，获取与九者之间的均值对应的第五长度变化值、第五宽度变化值和第五深度变化值；

29、将所述第一长度变化值、第二长度变化值和第五长度变化值的均值作为裂纹长度检测结果，将所述第一宽度变化值、第二宽度变化值和第五宽度变化值的均值作为裂纹宽度检测结果，将所述第一深度变化值、第二深度变化值和第五深度变化值的均值作为裂纹深度检测结果。

30、本说明书的一些实施例中，获取离裂纹最近的隧道顶部、底部和壁面三者的基准点的空间坐标平均变化幅度，将所述空间坐标平均变化幅度作为行向量，将所述平均收敛度作为列向量，构成第六矩阵，再分别导入所述长度变化值、宽度变化值和深度变化值，执行曲面拟合操作，分别获得三个三维曲面和三个曲面拟合方程，将三个三维曲面分别记为空间坐标长度参考域、空间坐标宽度参考域和空间坐标深度参考域，将三个曲面拟合方程分别记为空间坐标长度曲面拟合方程、空间坐标宽度曲面拟合方程和空间坐标深度曲面拟合方程；

31、获取实时的空间坐标平均变化幅度；

32、将实时的空间坐标平均变化幅度分别代入所述空间坐标长度曲面拟合方程、空间坐标宽度曲面拟合方程和空间坐标深度曲面拟合方程，获得目标值，若目标值大于0，则分别基于所述空间坐标长度参考域、空间坐标宽度参考域和空间坐标深度参考域，获取与实时的空间坐标平均变化幅度对应的第十六平均收敛度、第十七平均收敛度和第十八平均收敛度；

33、将实时的平均收敛度与所述第一平均收敛度、第二平均收敛度、第三平均收敛度、第四平均收敛度、第五平均收敛度、第六平均收敛度、第十六平均收敛度、第十七平均收敛度和第十八平均收敛度九者之间的均值相比较，若一致，则基于空间坐标长度参考域、空间坐标宽度参考域和空间坐标深度参考域，获取与实时的平均收敛度对应的第六长度变化值、第六宽度变化值和第六深度变化值；

34、若不一致，则基于空间坐标长度参考域、空间坐标宽度参考域和空间坐标深度参考域，获取与九者之间的均值对应的第六长度变化值、第六宽度变化值和第六深度变化值；

35、将所述第一长度变化值、第二长度变化值和第六长度变化值的均值作为裂纹长度检测结果，将所述第一宽度变化值、第二宽度变化值和第六宽度变化值的均值作为裂纹宽度检测结果，将所述第一深度变化值、第二深度变化值和第六深度变化值的均值作为裂纹深度检测结果。

36、本说明书的一些实施例中，获取离裂纹最近的隧道顶部、底部和壁面三者的基准点的gps坐标平均变化幅度，将所述gps坐标平均变化幅度作为行向量，将所述平均收敛度作为列向量，构成第七矩阵，再分别导入所述长度变化值、宽度变化值和深度变化值，执行曲面拟合操作，分别获得三个三维曲面和三个曲面拟合方程，将三个三维曲面分别记为gps坐标长度参考域、gps坐标宽度参考域和gps坐标深度参考域，将三个曲面拟合方程分别记为gps坐标长度曲面拟合方程、gps坐标宽度曲面拟合方程和gps坐标深度曲面拟合方程；

37、获取实时的gps坐标平均变化幅度；

38、将实时的gps坐标平均变化幅度分别代入所述gps坐标长度曲面拟合方程、gps坐标宽度曲面拟合方程和gps坐标深度曲面拟合方程，获得目标值，若目标值大于0，则分别基于所述gps坐标长度参考域、gps坐标宽度参考域和gps坐标深度参考域，获取与实时的gps坐标平均变化幅度对应的第十九平均收敛度、第二十平均收敛度和第二十一平均收敛度；

39、将实时的平均收敛度与所述第一平均收敛度、第二平均收敛度、第三平均收敛度、第四平均收敛度、第五平均收敛度、第六平均收敛度、第十九平均收敛度、第二十平均收敛度和第二十一平均收敛度九者之间的均值相比较，若一致，则基于gps坐标长度参考域、gps坐标宽度参考域和gps坐标深度参考域，获取与实时的平均收敛度对应的第七长度变化值、第七宽度变化值和第七深度变化值；

40、若不一致，则基于gps坐标长度参考域、gps坐标宽度参考域和gps坐标深度参考域，获取与九者之间的均值对应的第七长度变化值、第七宽度变化值和第七深度变化值；

41、将所述第一长度变化值、第二长度变化值和第七长度变化值的均值作为裂纹长度检测结果，将所述第一宽度变化值、第二宽度变化值和第七宽度变化值的均值作为裂纹宽度检测结果，将所述第一深度变化值、第二深度变化值和第七深度变化值的均值作为裂纹深度检测结果。

42、本说明书实施例还公开了一种高速公路隧道裂纹检测系统，用于实现上述中任一项所述的高速公路隧道裂纹检测方法，所述高速公路隧道裂纹检测系统包括：

43、第一获取模块，用于获取离裂纹最近的隧道顶部、底部和壁面三者的基准点的平均水平位移，获取离裂纹最近的隧道顶部、底部和壁面三者的基准点的平均垂直位移，获取离裂纹最近的隧道顶部、底部和壁面三者的基准点的平均收敛度，获取裂纹的长度变化值、宽度变化值和深度变化值；

44、第一拟合模块，用于将所述平均水平位移作为行向量，将所述平均收敛度作为列向量，构成第一矩阵，再分别导入所述长度变化值、宽度变化值和深度变化值，执行曲面拟合操作，分别获得三个三维曲面和三个曲面拟合方程，将三个三维曲面分别记为水平长度参考域、水平宽度参考域和水平深度参考域，将三个曲面拟合方程分别记为水平长度曲面拟合方程、水平宽度曲面拟合方程和水平深度曲面拟合方程；

45、第二拟合模块，用于将所述平均垂直位移作为行向量，将所述平均收敛度作为列向量，构成第二矩阵，再分别导入所述长度变化值、宽度变化值和深度变化值，执行曲面拟合操作，分别获得三个三维曲面和三个曲面拟合方程，将三个三维曲面分别记为垂直长度参考域、垂直宽度参考域和垂直深度参考域，将三个曲面拟合方程分别记为垂直长度曲面拟合方程、垂直宽度曲面拟合方程和垂直深度曲面拟合方程；

46、第二获取模块，用于获取实时的平均水平位移、实时的平均垂直位移和实时的平均收敛度；

47、第一处理模块，用于将实时的平均水平位移分别代入所述水平长度曲面拟合方程、水平宽度曲面拟合方程和水平深度曲面拟合方程，获得目标值，若目标值大于0，则分别基于所述水平长度参考域、水平宽度参考域和水平深度参考域，获取与实时的平均水平位移对应的第一平均收敛度、第二平均收敛度和第三平均收敛度；

48、第二处理模块，用于将实时的平均垂直位移分别代入所述垂直长度曲面拟合方程、垂直宽度曲面拟合方程和垂直深度曲面拟合方程，获得目标值，若目标值大于0，则分别基于所述垂直长度参考域、垂直宽度参考域和垂直深度参考域，获取与实时的平均垂直位移对应的第四平均收敛度、第五平均收敛度和第六平均收敛度；

49、比较模块，用于将实时的平均收敛度与所述第一平均收敛度、第二平均收敛度、第三平均收敛度、第四平均收敛度、第五平均收敛度和第六平均收敛度六者之间的均值相比较，若一致，则基于水平长度参考域、水平宽度参考域和水平深度参考域，获取与实时的平均收敛度对应的第一长度变化值、第一宽度变化值和第一深度变化值，并基于垂直长度参考域、垂直宽度参考域和垂直深度参考域，获取与实时的平均收敛度移对应的第二长度变化值、第二宽度变化值和第二深度变化值；若不一致，则基于水平长度参考域、水平宽度参考域和水平深度参考域，获取与六者之间的均值对应的第一长度变化值、第一宽度变化值和第一深度变化值，并基于垂直长度参考域、垂直宽度参考域和垂直深度参考域，获取与六者之间的均值对应的第二长度变化值、第二宽度变化值和第二深度变化值；

50、检测结果模块，用于将所述第一长度变化值和第二长度变化值的均值作为裂纹长度检测结果，将所述第一宽度变化值和第二宽度变化值的均值作为裂纹宽度检测结果，将所述第一深度变化值和第二深度变化值的均值作为裂纹深度检测结果。

51、本说明书实施例至少可以实现以下有益效果：

52、通过获取离裂纹最近的隧道顶部、底部和壁面三者的基准点的平均水平位移，获取离裂纹最近的隧道顶部、底部和壁面三者的基准点的平均垂直位移，获取离裂纹最近的隧道顶部、底部和壁面三者的基准点的平均收敛度，获取裂纹的长度变化值、宽度变化值和深度变化值，分别进行曲面拟合操作，分别获得六个三维曲面和六个曲面拟合方程，并基于这六个三维曲面和六个曲面拟合方程，获取裂纹长度、宽度和深度检测结果。