市政道路路基空洞的探测系统的制作方法

1.本实用新型涉及地下空间探测技术领域，具体而言涉及一种市政道路路基空洞的探测系统。


背景技术：

2.城市道路塌陷问题严重影响车辆、行人通行安全，其产生的主要原因是由于盾构、顶管、拉管等大型非开挖施工未按规范工艺操作，或布设在道路下方的各类管道管线破损/受雨水冲刷而引起路基掏空，土壤层局部疏松、脱空，导致内部出现难以直接从外部观测到的空洞。当路基下空洞形成一定规模和容积时，当表面施工、车辆碾压、雨水浸泡等外部因素的作用下，容易造成坍塌的情况，近年来，城市道路发生空洞坍塌的事故频发，造成严重的事故和安全隐患。


技术实现要素：

3.本实用新型目的在于提供一种市政道路路基空洞的探测系统，可移动地进行地下空洞病灶的探测，对地基下的空洞和塌陷进行提前预警，减少和预防塌陷安全事故。
4.为达成上述目的，本实用新型的第一方面提出一种市政道路路基空洞的探测系统，所述探测系统为车载探测系统，包括中央处理器、电源模块以及与中央处理器形成信号连接的定位模块、轮速编码器、节距记录器、同步信号发生器、发射机、发射天线阵列、接收机、接收天线阵列、通信接口和外设接口；
5.所述定位模块，包括gps模块以及与其连接的gps接收天线，用于获取探测系统所在的实时地理位置信息；
6.所述轮速编码器，安装在车载系统的行走轮上，用于获得速度信息；
7.所述节距记录器，与同步信号发生器连接，用于根据设定的节拍频率控制同步信号发生器生成同步信号，发送给中央处理器；
8.所述发射机，与发射天线阵列连接，所述发射机用于根据同步信号产生探地脉冲信号，并通过发射天线阵列辐射到路基下方；
9.所述接收天线阵列，与所述接收机连接，用于接收经过地下反射回来的回波信号，并发送至接收机进行信号处理；
10.所述接收机，用于根据回波信号的数字化处理获得路基空洞探测的雷达图谱，所述接收机包括依次电连接的低噪声放大器、信号调理电路、混频器以及adc电路，所述混频器的一路输入来源于所述信号调理电路，另一路输入来源于同步信号发生器；所述adc电路的输出端连接至所述中央处理器；
11.所述通信接口，包括485总线、232总线中的至少一种以及rj45接口；
12.所述外设接口，用于连接显示器、键鼠组件以及外置存储器中的至少一种。
13.其中，所述发射天线阵列和接收天线阵列的中心频率在500mhz-600mhz。
14.其中，同步信号发生器被设置成生成5-15nm的连续脉冲。
15.其中，所述adc电路采用位数为32bit的模数转换模块。
16.其中，所述电源模块包括20v以上的锂电池组以及稳压器，锂电池组通过所述稳压器进行放电，向探测系统提供稳定供电。
17.其中，所述发射机、接收机之间隔离地分布，并且各自与对应的发射天线阵列、接收天线阵列采用屏蔽电缆连接，发射天线阵列与接收天线阵列均采用环氧树脂滴胶处理固定在对应的发射机和接收机的外壳外部。
18.由以上技术方案，本实用新型提出的路基空洞的探测系统中，可采用车载方式实时、连续地进行探测采样，发射天线发射电磁波脉冲探测信号，接收天线将反射信号探测后通过回波信号的信号调理和模数转换后，生成探测的路段的连续的雷达图谱，从而可以读出其中发生异常的点。当地下存在空洞区域时，尤其是形成一定规模的空洞时，脉冲信号经过空洞区域将产生不均匀的回波，可通过软件或者检测人员观测了解空洞情况。同时，本实用新型的探测系统中采用高位数的adc，雷达图谱的显示精度和成像效果上，显著增强，当进行后期处理时，图像的细节依然清晰可见，利于在后期进行基于机器学习算法的使用，而传统的图像在进行放大多倍或者图像数据的多样化增广时，就模糊不清楚了。
19.通过本实用新型探测系统，可快速连续地进行地基下的空洞探测与识别，探测距离深，分辨率高，可实现-8db、-10db的带宽检测。
20.应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的实用新型主题的一部分。
21.结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
22.附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中：
23.图1是根据本实用新型的市政道路路基空洞探测系统的示意图。
24.图2是根据本实用新型的实施例的定位模块的示意图。
具体实施方式
25.为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
26.在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。
27.结合图1所示实施例的市政道路路基空洞的探测系统，是一种探测系统为车载探
测系统，通过探测道路下方一定范围内（例如4-5m）内路基土质的密实度变化以及空洞区来判定路基是否存在影响道路安全运行的空洞、脱空等病害。
28.结合图1、2所示的路基空洞探测系统，其包括中央处理器100、电源模块200以及与中央处理器100形成信号连接的定位模块101、轮速编码器102、节距记录器103、同步信号发生器104、发射机105、发射天线阵列106、接收机107、接收天线阵列108、通信接口109和外设接口110。
29.中央处理器100，用于控制整个探测系统的运行。在本实施例中，采用基于stm32的微处理器（mcu）。
30.定位模块101，包括gps模块101a以及与其连接的gps接收天线101b，用于获取探测系统所在的实时地理位置信息。其中，gps模块101a采用ht系列接收模块，包括ht-1009u或者ht-1613u。
31.轮速编码器102，安装在车载系统的行走轮上，用于获得速度信息。优选地，轮速编码器采用飞博尔公司的编码器，选择角度分辨率低于10’，本实用新型采用的旋转编码器为6
″
，单圈分辨率在17-21位。
32.节距记录器102，与同步信号发生器连接，用于根据设定的节拍频率控制同步信号发生器生成同步信号，发送给中央处理器。
33.发射机105，与发射天线阵列106连接。发射机用于根据同步信号产生探地脉冲信号，并通过发射天线阵列106辐射到路基下方。
34.接收天线阵列108，与接收机107连接，用于接收经过地下反射回来的回波信号，并发送至接收机进行信号处理。
35.接收机107，用于根据回波信号的数字化处理获得路基空洞探测的雷达图谱.在可选的实施例中，接收机包括依次电连接的低噪声放大器、信号调理电路、混频器以及adc电路，所述混频器的一路输入来源于所述信号调理电路，另一路输入来源于同步信号发生器。
36.其中，adc电路的输出端连接至所述中央处理器100。
37.通过接收机对回波数据的处理，可实现对路基空洞的实施探测、成像、实时预警功能。还可以通过网络接口将数据发送给后台或者远端的监控平台进行集中的存储和大数据分析，从更大范围的地区和地段的结合来判断产生的原因以及空洞可能的蔓延，实现提前预警和提前预防、治理。
38.通信接口109，包括485总线、232总线中的至少一种以及rj45接口，通过485总线、232总线可将探测系统与管理计算机（上位机）数据通信连接，可对探测系统进行参数设定以及调试。
39.外设接口110，用于连接显示器、键鼠组件以及外置存储器中的至少一种。外设接口可采用现有的板式结构上的接口类型，例如通过vga或者hdmi接口连接显示器，通过usb接口连接键盘和鼠标，通过sata接口或者雷电接口连接外界的海量级的存储器，尤其是在10t以上的存储空间。
40.在可选的实施例中，探测系统还包括网络接口模块111，包括wifi模块以及蜂窝通信模块，例如4g或者5g模块等，与中央处理器100电连接，用于将探测系统接入网络。
41.在可选的实施例中，同步信号发生器为压控振荡器（vco）。
42.其中，信号调理电路包括级联的多路复用电路以及低通滤波器，所述多路复用电
路用于提供多路复用通道，以将接收天线阵列接收的多通道的回波信号传输至后续的电路处理。
43.在可选的实施例中，发射天线阵列106和接收天线阵列108的中心频率在500mhz-600mhz，探测深度大，可达到5m以上，能够探测到更多隐藏的脱空、疏松或空洞。
44.在可选的实施例中，同步信号发生器被设置成生成5-15nm的连续脉冲。
45.在可选的实施例中，adc电路采用位数为32bit的模数转换模块，雷达成像精度和分辨率更好，尤其是在后台和监控中心的100寸以上的屏幕显示以及后续的分析时，细节仍然比较清晰，不会发生模糊的情况。
46.在可选的实施例中，电源模块200包括20v以上的锂电池组以及稳压器，锂电池组通过所述稳压器进行放电，向探测系统提供稳定供电。相较于传统的7.2v锂电池，本实用新型的锂电池采用20v以上，总安时高的电池组，能提高连续监测的时间，避免频繁停机充电或者换电池，并且配套稳压器（金升阳的稳压ic电路），可实现工作电压的稳定输出，避免电源不稳造成的系统误差与缺陷。
47.在可选的实施例中，发射机105、接收机107之间隔离地分布，并且各自与对应的发射天线阵列、接收天线阵列采用屏蔽电缆连接，发射天线阵列与接收天线阵列均采用环氧树脂滴胶处理固定在对应的发射机和接收机的外壳外部，从而在整个车载检测系统中一方面减少金属件和金属连接件的使用，减少扰动，同时还需要保证各个零部件之间的稳定性，避免在道路路上检测过程中的颠簸晃动造成系统松散或者脱落。
48.虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。