本技術(shù)涉及圍巖檢測，尤其涉及一種隧道掘進設(shè)備的圍巖檢測系統(tǒng)、方法、計算設(shè)備、存儲介質(zhì)以及程序產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

1、隧道掘進設(shè)備被廣泛應(yīng)用于地下隧道工程項目建設(shè)的施工中，隧道掘進設(shè)備包括全斷面隧道掘進機等設(shè)備，全斷面隧道掘進機等設(shè)備在隧道施工中的適用性、施工效率和成本，受圍巖地質(zhì)條件的影響顯著。在隧道工程中，巖體由于受到各種復(fù)雜地質(zhì)的影響，圍巖地質(zhì)信息難以獲得，并且，圍巖狀態(tài)信息獲取存在嚴重的主觀性和滯后性。目前，對于圍巖檢測的技術(shù)存在圍巖地質(zhì)信息利用不足、圍巖檢測的結(jié)果精度低等問題。如果圍巖檢測的結(jié)果精度低，在地層條件發(fā)生變化時，全斷面隧道掘進機等設(shè)備容易出現(xiàn)掘進效率降低、刀具磨損、設(shè)備損壞等問題，容易造成卡機、損壞、報廢甚至人員傷亡的重大事故。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本公開提供一種隧道掘進設(shè)備的圍巖檢測系統(tǒng)、方法、計算設(shè)備、存儲介質(zhì)以及程序產(chǎn)品。

2、根據(jù)本公開的第一方面，提供一種隧道掘進設(shè)備的圍巖檢測系統(tǒng)，包括：環(huán)形軌道、數(shù)據(jù)掃描裝置、傳動機構(gòu)和計算設(shè)備；環(huán)形軌道安裝在隧道內(nèi)，所述傳動機構(gòu)用于驅(qū)動所述數(shù)據(jù)掃描裝置在所述環(huán)形軌道上移動；所述數(shù)據(jù)掃描裝置在接收到數(shù)據(jù)采集指令的情況下，對所述隧道內(nèi)的圍巖進行掃描處理，獲得掃描數(shù)據(jù)，其中，所述掃描數(shù)據(jù)包括與所述隧道內(nèi)的一段圍巖相對應(yīng)的圍巖圖像和點云數(shù)據(jù)；所述計算設(shè)備，用于對所述數(shù)據(jù)掃描裝置進行校正處理；對多個圍巖圖像進行拼接處理，生成圍巖拼接圖像；基于所述圍巖拼接圖像和對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)生成聯(lián)合特征圖；對所述聯(lián)合特征圖進行節(jié)理識別處理，獲得災(zāi)害信息；基于所述聯(lián)合特征圖獲得節(jié)理區(qū)域和位置信息，以及圍巖預(yù)測信息。

3、可選地，所述計算設(shè)備，包括：圖像拼接模塊，用于將所述多個圍巖圖像中的第一圖像作為初始圖像并加入圖像拼接區(qū)域，對所述第一圖像進行多尺度圖像融合優(yōu)化處理；將所述多個圍巖圖像中的第二圖像數(shù)據(jù)作為新圖像加入到所述圖像拼接區(qū)域，對所述第一圖像的中心與所述第二圖像的中心進行對齊處理，并對所述第二圖像和所述第一圖像進行邊緣對齊處理；根據(jù)所述第一圖像和所述第二圖像以及像素點的熵權(quán)重，確定所述第二圖像的平移距離；對所述第一圖像和所述第二圖像進行拼接處理。

4、可選地，所述圖像拼接模塊，用于在進行拼接處理的過程中，利用多尺度surf算法進行特征提取，使用ransac算法并基于特征點的匹配距離、匹配距離閾值以及置信度權(quán)重，確定變換矩陣；在進行拼接處理的過程中，利用自適應(yīng)濾波校正算法對由兩個或兩個以上所述圍巖圖像拼接而成的圖像進行校正處理。

5、可選地，所述圖像拼接模塊，用于根據(jù)各個所述圍巖圖像在拼接過程中的偏移量，對所述圍巖拼接圖像進行精度優(yōu)化處理；基于所述多個圍巖圖像的時間戳和時間戳權(quán)重，確定所述圍巖拼接圖像的時間戳；基于所述多個圍巖圖像的里程信息和里程權(quán)重，確定所述圍巖拼接圖像的里程信息；基于所述圍巖拼接圖像的時間戳和里程信息，對所述圍巖拼接圖像進行標注處理。

6、可選地，所述計算設(shè)備，包括：聯(lián)合特征生成模塊，用于使用可見光提取網(wǎng)絡(luò)對所述圍巖拼接圖像進行處理，獲得與所述圍巖拼接圖像相對應(yīng)的rgb特征圖；使用點云特征提取網(wǎng)絡(luò)對與所述多個圍巖圖像對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)進行處理，獲取點云特征圖；對所述點云特征圖進行上采樣處理；通過特征疊加網(wǎng)絡(luò)將所述rgb特征圖和所述點云特征圖進行疊加處理，生成所述聯(lián)合特征圖。

7、可選地，所述計算設(shè)備，包括：圍巖節(jié)理識別模塊，用于利用節(jié)理識別網(wǎng)絡(luò)對所述聯(lián)合特征圖進行處理，確定所述聯(lián)合特征圖中的像素的圍巖等級；將所述聯(lián)合特征圖切分為多個聯(lián)合特征子圖；在所述聯(lián)合特征子圖對應(yīng)的圍巖等級大于等級閾值的情況下，利用災(zāi)害識別模型對此聯(lián)合特征子圖進行節(jié)理識別處理，獲得所述災(zāi)害信息。

8、可選地，所述圍巖節(jié)理識別模塊，用于利用節(jié)理區(qū)域識別模型對所述聯(lián)合特征子圖進行識別處理，獲得所述聯(lián)合特征子圖的所述節(jié)理區(qū)域和所述位置信息；利用圍巖態(tài)勢預(yù)測模型對所述聯(lián)合特征圖進行預(yù)測處理，獲得與所述隧道內(nèi)圍巖的狀態(tài)相對應(yīng)的所述圍巖預(yù)測信息。

9、可選地，所述數(shù)據(jù)掃描裝置包括圖像采集裝置和點云采集裝置；所述計算設(shè)備，包括：校正模塊，用于獲取所述圖像采集裝置對于標準板采集的標準板圖像，確定所述標準板的中心和定位孔在所述標準板圖像中的第一位置信息和第二位置信息；根據(jù)獲取所述點云采集裝置對于所述標準板采集的標準板點云數(shù)據(jù)，確定所述標準板的中心和定位孔在所述標準板點云數(shù)據(jù)中的第三位置信息和第四位置信息；基于第一位置信息、第二位置信息、第三位置信息和第四位置信息，對所述點云采集裝置進行校正處理。

10、可選地，所述環(huán)形軌道上安裝有拖鏈；所述傳動機構(gòu)包括基座、伺服驅(qū)動器、伺服電機、減速機、傳動齒輪；所述傳動齒輪安裝在所述基座的底部，所述傳動齒輪與所述拖鏈嚙合，所述數(shù)據(jù)采集裝置安裝在所述基座上；所述伺服電機通過聯(lián)軸器聯(lián)接所述減速機，所述減速機用于驅(qū)動傳動齒輪轉(zhuǎn)動；在所述驅(qū)動器接收到所述數(shù)據(jù)采集指令的情況下，驅(qū)動所述伺服電機運行，通過所述減速機帶動所述傳動齒輪轉(zhuǎn)動，以使基座在所述拖鏈上移動。

11、根據(jù)本公開的第二方面，提供一種圍巖檢測方法，應(yīng)用于隧道掘進設(shè)備的圍巖檢測系統(tǒng)中，其中，所述圍巖檢測系統(tǒng)包括：環(huán)形軌道、數(shù)據(jù)掃描裝置、傳動機構(gòu)和計算設(shè)備；所述環(huán)形軌道安裝在隧道內(nèi)，所述數(shù)據(jù)掃描裝置安裝在所述環(huán)形軌道上，所述傳動機構(gòu)用于驅(qū)動所述數(shù)據(jù)掃描裝置在所述環(huán)形軌道上移動；所述數(shù)據(jù)掃描裝置在接收到數(shù)據(jù)采集指令的情況下，對所述隧道內(nèi)的圍巖進行掃描處理，獲得掃描數(shù)據(jù)，所述掃描數(shù)據(jù)包括與所述隧道內(nèi)的一段圍巖相對應(yīng)的圍巖圖像和點云數(shù)據(jù)；所述圍巖檢測方法執(zhí)行于所述計算設(shè)備中，包括：對所述數(shù)據(jù)掃描裝置進行校正處理；對多個圍巖圖像進行拼接處理，生成圍巖拼接圖像；基于所述圍巖拼接圖像和對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)生成聯(lián)合特征圖；對所述聯(lián)合特征圖進行節(jié)理識別處理，獲得災(zāi)害信息；基于所述聯(lián)合特征圖獲得節(jié)理區(qū)域和位置信息，以及圍巖預(yù)測信息。

12、可選地，所述對多個圍巖圖像進行拼接處理，生成圍巖拼接圖像包括：將所述多個圍巖圖像中的第一圖像作為初始圖像并加入圖像拼接區(qū)域，對所述第一圖像進行多尺度圖像融合優(yōu)化處理；將所述多個圍巖圖像中的第二圖像數(shù)據(jù)作為新圖像加入到所述圖像拼接區(qū)域，對所述第一圖像的中心與所述第二圖像的中心進行對齊處理，并對所述第二圖像和所述第一圖像進行邊緣對齊處理；根據(jù)所述第一圖像和所述第二圖像以及像素點的熵權(quán)重，確定所述第二圖像的平移距離；對所述第一圖像和所述第二圖像進行拼接處理。

13、可選地，在進行拼接處理的過程中，利用多尺度surf算法進行特征提取，使用ransac算法并基于特征點的匹配距離、匹配距離閾值以及置信度權(quán)重，確定變換矩陣；在進行拼接處理的過程中，利用自適應(yīng)濾波校正算法對由兩個或兩個以上所述圍巖圖像拼接而成的圖像進行校正處理。

14、可選地，根據(jù)各個所述圍巖圖像在拼接過程中的偏移量，對所述圍巖拼接圖像進行精度優(yōu)化處理；基于所述多個圍巖圖像的時間戳和時間戳權(quán)重，確定所述圍巖拼接圖像的時間戳；基于所述多個圍巖圖像的里程信息和里程權(quán)重，確定所述圍巖拼接圖像的里程信息；基于所述圍巖拼接圖像的時間戳和里程信息，對所述圍巖拼接圖像進行標注處理。

15、可選地，所述基于所述圍巖拼接圖像和對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)生成聯(lián)合特征圖包括：使用可見光提取網(wǎng)絡(luò)對所述圍巖拼接圖像進行處理，獲得與所述圍巖拼接圖像相對應(yīng)的rgb特征圖；使用點云特征提取網(wǎng)絡(luò)對與所述多個圍巖圖像對應(yīng)的點云數(shù)據(jù)進行處理，獲取點云特征圖，對所述點云特征圖進行上采樣處理；通過特征疊加網(wǎng)絡(luò)將所述rgb特征圖和所述點云特征圖進行疊加處理，生成所述聯(lián)合特征圖。

16、可選地，所述對所述聯(lián)合特征圖進行節(jié)理識別處理，獲得災(zāi)害信息包括：利用節(jié)理識別網(wǎng)絡(luò)對所述聯(lián)合特征圖進行處理，確定所述聯(lián)合特征圖中的像素的圍巖等級；將所述聯(lián)合特征圖切分為多個聯(lián)合特征子圖；在所述聯(lián)合特征子圖對應(yīng)的圍巖等級大于等級閾值的情況下，利用災(zāi)害識別模型對此聯(lián)合特征子圖進行節(jié)理識別處理，獲得所述災(zāi)害信息。

17、可選地，所述基于所述聯(lián)合特征圖獲得節(jié)理區(qū)域和位置信息，以及圍巖預(yù)測信息包括：利用節(jié)理區(qū)域識別模型對所述聯(lián)合特征子圖進行識別處理，獲得所述聯(lián)合特征子圖的所述節(jié)理區(qū)域和所述位置信息；利用圍巖態(tài)勢預(yù)測模型對所述聯(lián)合特征圖進行預(yù)測處理，獲得與所述隧道內(nèi)圍巖的狀態(tài)相對應(yīng)的所述圍巖預(yù)測信息。

18、可選地，所述數(shù)據(jù)掃描裝置包括圖像采集裝置和點云采集裝置；所述對所述數(shù)據(jù)掃描裝置進行校正處理包括：獲取所述圖像采集裝置對于標準板采集的標準板圖像，確定所述標準板的中心和定位孔在所述標準板圖像中的第一位置信息和第二位置信息；根據(jù)獲取所述點云采集裝置對于所述標準板采集的標準板點云數(shù)據(jù)，確定所述標準板的中心和定位孔在所述標準板點云數(shù)據(jù)中的第三位置信息和第四位置信息；基于第一位置信息、第二位置信息、第三位置信息和第四位置信息，對所述點云采集裝置進行校正處理。

19、根據(jù)本公開的第三方面，提供一種計算設(shè)備，包括：存儲器；以及耦接至所述存儲器的處理器，所述處理器被配置為基于存儲在所述存儲器中的指令，執(zhí)行如上所述的方法。

20、根據(jù)本公開的第四方面，提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機指令，所述指令被處理器執(zhí)行如上所述的方法。

21、根據(jù)本公開的第五方面，提供一種計算機程序產(chǎn)品，所述算機程序產(chǎn)品存儲有計算機指令，所述指令被處理器執(zhí)行如上所述的方法。

22、本公開的隧道掘進設(shè)備的圍巖檢測系統(tǒng)、方法、計算設(shè)備、存儲介質(zhì)以及程序產(chǎn)品，通過傳動機構(gòu)驅(qū)動數(shù)據(jù)掃描裝置在環(huán)形軌道上移動，數(shù)據(jù)掃描裝置對隧道內(nèi)的圍巖進行掃描處理，獲得的掃描數(shù)據(jù)包括與隧道內(nèi)的一段圍巖相對應(yīng)的圍巖圖像和點云數(shù)據(jù)；計算設(shè)備基于掃描數(shù)據(jù)生成圍巖拼接圖像以及聯(lián)合特征圖，根據(jù)聯(lián)合特征圖獲得災(zāi)害信息、節(jié)理區(qū)域、位置信息以及圍巖預(yù)測信息等；可以充分利用圖像和點云等多種圍巖地質(zhì)信息，提高圍巖檢測的精度和可靠性，提高了施工的安全性和效率，提高了隧道掘進設(shè)備的智能化水平。