[发明专利]铁路隧道衬砌全断面车载检测方法与装置

权利要求书

1.一种铁路隧道衬砌全断面车载检测方法，其特征包括以下几个步骤：

步骤一：先将六通道探地雷达的六个空气耦合天线按照隧道衬砌检测要求固定在客车联结体外，其中车体顶部有天线盒(1)和天线盒(2)，辐射面朝上分别与接触网对称；天线盒(3)和天线盒(4)辐射面分别朝向两边拱脚上50cm处；天线盒(5)和天线盒(6)分别朝向两边边墙，所有天线盒的长轴与线路方向一致，辐射面必须在机车车辆限界以内；

步骤二：探地雷达主机(9)和工控计算机(10)设置在客车测试台上，安装在列车轴上的测距编码器(11)与探地雷达的主机(9)相连；GPS天线(12)安装在车顶上与车内GPS主机(13)以及与装有GPS里程校正系统的工控计算机(14)相连，激光传感器(7)和激光传感器(8)分别安装在边墙天线盒(5)和天线盒(6)内，其连接线与工控计算机(10)相连，六组天线盒同时检测六条测线，组成全断面测量；

步骤三：数据采集过程由采集软件中的程序指令控制，检测车运行后，测距编码器开始工作，探地雷达系统开启并进行参数设置(15)，程序指令控制工控计算机(10)每隔64个扫描线抽取一个扫描线显示数据，但不记录数据；在距待测隧道前，GPS里程校正系统在整公里标处得到该标的里程数(16)，然后发送给工控计算机(10)，计算机执行程序指令，在该里程数上累计测距编码器发来的脉冲数，计算出检测车瞬时里程；当刚好进入待测隧道时，激光传感器发出遇到隧道信号(17)输入给计算机，计算机执行程序指令开始记录数据(18)；当检测车驶出待测隧道时，激光传感器发出驶出隧道信号(19)输入给计算机，程序指令控制计算机标记隧道数据记录结束，继续记录100个对空扫描信号平均后作为背景信号(20)与该隧道数据一起保存一个文件，同时生成一个新文件(21)，重复上述过程进行下一个隧道的检测；

步骤四：数据采集完后数据后处理软件对采集的数据进行数据处理，数据处理的次序如下：用隧道数据文件自带的背景道数据去背景(21)；去掉信号中的直流成分(22)；时间零点校正(23)；频率域内带通滤波(24)；滑动平均(25)；时变增益放大等(26)，输出清晰的探地雷达图像，在探地雷达图像上能够看出不同电性的结构层和各种异常体，然后人工或半自动拾取反射信息(27)，将探地雷达图像转换成地质剖面的数据文件。用专用的分析软件对实测隧道衬砌厚度误差进行校正(28)，最后对检测结果用三维图像显示(29)；

步骤五：数据分析软件要对入射波与隧道壁不垂直造成隧道衬砌厚度测量误差进行校正(28)，其方法是先向分析软件输入已有的隧道断面和同一断面六个测点处天线辐射面到隧道壁的距离，根据几何关系推导出天线辐射面法向与隧道壁法向的夹角，然后求出隧道衬砌的实际厚度。

2.如权利要求1所述的铁路隧道衬砌全断面车载检测方法，其特征在于：采用激光测距传感器来感知检测车是否进入和驶出隧道，将感知的信号传给计算机，计算机根据程序指令控制计算机进行探地雷达数据采集和存储，既减少了数据存储量，又实现了检测数据采集自动化。

3.如权利要求1所述的铁路隧道衬砌全断面车载检测方法，其特征在于：检测装置在进入待测隧道前，用GPS里程校正系统在整公里标处提取该标的里程数，然后用测距编码器信号计算出检测车在隧道内的瞬时里程。

4.如权利要求1所述的铁路隧道衬砌全断面车载检测方法，其特征在于：每座隧道检测完后，立即采集对空背景信号，在信号处理上消除背景信号中随机噪声、温度漂移造成的误差，采用对空信号去背景，比普遍采用的平均去背景效果要好，可以保留所有的有用信号。

5.如权利要求1所述的铁路隧道衬砌全断面车载检测方法，其特征在于：根据已有的隧道断面和同一断面六个测点处天线辐射面到隧道壁的距离以及车体尺寸与天线固定位置，推导出天线辐射面法向与隧道壁法向的夹角，对实测的隧道衬砌厚度进行校正。

6.如权利要求1所述的铁路隧道衬砌全断面车载检测方法，其特征在于：消除探地雷达六个通道之间相互干扰的方法是靠通道之间发射时间延迟来实现的，即第一通道发射天线发射电磁波，第一通道接收天线接收壁后回波；接下来第二通道发射天线发射电磁波，第二通道接收天线接收壁后回波；再接下来第三通道发射天线发射电磁波，第三通道接收天线接收壁后回波；依次到第六通道发射天线发射电磁波，第六通道接收天线接收壁后回波，完成第一个循环，然后再次循环。