本发明涉及隧道工程技术装备领域，尤其是涉及一种基于爬壁机器人的盾构隧道灾害快速检测评估方法及系统。
背景技术：
1、随着城市地下空间的不断开发，盾构隧道作为重要的地下交通设施，其安全性和稳定性至关重要。然而，隧道在运营过程中可能遭受各种灾害（如水灾、火灾、地震等），导致结构损伤和安全隐患。因此，灾后快速、准确地评估隧道损伤状态，对于保障隧道安全和指导灾后修复具有重要意义。
2、目前，盾构隧道在灾后（如火灾、水灾等）的结构安全性检测主要依赖人工巡检，这种方式效率低下、风险高，且难以全面覆盖隧道各个区域。随着机器人技术的发展，利用机器人进行隧道检测逐渐成为研究热点，现有的隧道检测机器人多采用轮式或履带式移动机构。
3、一方面采用轮式或履带式移动机构的隧道检测机器在平坦路面上具有较好的移动性能，但在盾构隧道的弧形壁面上难以稳定附着和移动，另一方面盾构隧道在灾后其内部环境以及结构情况发生巨大变化，如果不经预判即启动相关隧道检测机器进入内部检测，容易导致相关隧道检测机器受内部环境或结构影响出现故障，无法顺利获取内部的检测评估结果。
技术实现思路
1、为了使用爬壁机器人提升隧道灾害检测范围，降低灾害检测时间的效果，间接提高对盾构隧道灾后结构安全性的全面评估的效率，为隧道的修复和重建提供了科学依据，本技术提供一种基于爬壁机器人的盾构隧道灾害快速检测评估方法以及系统。
2、第一方面，本技术提供一种基于爬壁机器人的盾构隧道灾害快速检测评估方法，采用如下的技术方案：
3、一种基于爬壁机器人的盾构隧道灾害快速检测评估方法，包括：
4、获取隧道相关信息以及灾害相关信息；
5、根据隧道相关信息所包含的地质勘测参数数据、施工记录的相关参数数据以及预设的不良地质的勘测参数数据范围、不良施工区域关联参数的参数数据范围，分析确定隧道不良地质区域、不良施工区域；
6、基于预先编制的三维有限元快速建模方法，利用自动化脚本和参数化设计方法，对隧道不良地质区域、不良施工区域建立包含地层分布、盾构隧道结构形式和灾害作用信息的有限元模型；
7、通过预设的有限元分析软件，对所建立的有限元模型进行结构静力分析、动力分析、稳定性分析，分析获取应力集中区域、变形程度超过预设范围的区域位置以及动力稳定性低于预设合理数据范围的区域位置，作为隧道受灾严重的区域位置；
8、通过有限元分析软件对隧道受灾严重的区域位置作灾害结果分析，灾害结果分析包括裂缝宽度分析、衬砌状态评估、垮塌模拟与预防、接头张开宽度分析；
9、根据灾害结果与爬壁机器人准入的判断标准的映射关系以及隧道受灾严重区域位置的灾害结果分析，分析确定爬壁机器人的准入结果，爬壁机器人的准入结果包括准入和未准入；
10、若爬壁机器人的准入结果为未准入，则结束检测；
11、若爬壁机器人的准入结果为准入，则根据预设的爬壁机器人所需规避的接头张开宽度范围，规划爬壁机器人进入灾害区域的路线；
12、启动爬壁机器人按照所规划路线进入灾害区域，启动预设于爬壁机器人上的图像采集处理装置作灾害图像识别处理获取灾害相关图像信息，且同步启动预设于爬壁机器人上的电磁信号采集处理装置作灾害电磁信号识别处理并通过预设的灾害中心确定算法确定灾害中心位置区域；
13、根据所获取的灾害相关图像信息以及灾害中心位置区域，分析获取灾害中心位置区域灾害相关结果的具体状况数据，并根据灾害相关结果的具体状况数据所落入不同状况评估数据范围的结果与灾害作用等级的对应关系，分析确定灾害作用等级，并输出灾害作用等级。
14、通过采用上述技术方案，有效对盾构隧道灾后的结果作了分析，并根据灾后的结果与爬壁机器人的准入规则，可以有效判断爬壁机器人是否适合进去，减少爬壁机器人进入内部受损无法检测相应结果的可能性，而在爬壁机器人能够进入的前提下，通过图像信息的采集以及电磁信号的采集，可以作灾害中心位置区域的分析以及灾害作用等级的分析，提高了对盾构隧道灾后结构安全性的全面评估的效率，为隧道的修复和重建提供了科学依据。
15、可选的，若灾害结果分析为接头张开宽度分析，则通过有限元分析软件对隧道受灾严重的区域位置作灾害结果分析包括：
16、收集管片的关键信息，管片的关键信息包括但不限于应力、应变、变形量、材料属性、实际使用场景；
17、根据预设的管片损伤指标的数值区间与损伤指标值的映射关系以及各损伤指标的权重值，分析获取管片的损伤参数，管片损伤指标包括但不限于应力、应变和变形指标；
18、若管片的损伤参数未超过预设损伤阈值，则检测获取接头部位的张开宽度；
19、若管片的损伤参数超过预设损伤阈值，则利用有限元分析软件，根据收集的管片关键信息构建管片的精细化模型；
20、根据管片的实际使用场景，施加与管片的实际使用场景相对应的荷载条件，并运行有限元分析进行求解，获取模型在荷载作用下的响应结果；
21、从响应结果中提取接头部位的张开宽度。
22、通过采用上述技术方案，通过精细化收集管片关键信息，全面评估管片损伤情况，确保数据准确性。利用预设损伤指标与权重值，智能分析管片损伤参数，实现损伤程度的快速判定。一旦损伤超标，立即构建精细化模型，并结合实际场景施加荷载，通过有限元分析精准获取接头张开宽度。这一方法不仅提升了灾害评估的精度与效率，还为后续修复工作提供了有力数据支持。
23、可选的，若灾害结果为裂缝宽度分析，爬壁机器人准入的判断标准如下：
24、若裂缝宽度分析所获取的裂缝宽度小于第二裂缝宽度，则爬壁机器人准入的结果为是，且爬壁机器人的配置需支持常规运行模式，常规运行模式包括路径规划、壁面附着、移动与导航以及任务执行；
25、若裂缝宽度分析所获取的裂缝宽度大于等于裂缝第二宽度且小于第一裂缝宽度，则爬壁机器人准入的结果为是，且爬壁机器人的配置不仅需支持常规运行模式，还需配置有增强型密封圈；
26、若裂缝宽度分析所获取的裂缝宽度超过第一裂缝宽度，则爬壁机器人的准入结果为否。
27、通过采用上述技术方案，该准入判断标准通过精准分析裂缝宽度，为爬壁机器人在灾害现场的准入提供了科学依据。根据不同裂缝宽度，灵活调整机器人配置，确保其安全高效执行任务。常规运行模式满足基本需求，而增强型密封圈则提升了机器人在恶劣环境下的适应性。这一标准不仅保障了救援工作的顺利进行，也延长了机器人的使用寿命。
28、可选的，根据预设的爬壁机器人所需规避的接头张开宽度范围，规划爬壁机器人进入灾害区域的路线包括：
29、根据任务需求以及隧道地图信息，并根据路径规划算法，分析获取全局最优路径，任务需求包括盾构隧道灾害快速检测的具体目标以及不同检测任务的紧急程度排序；
30、分析所有接头张开宽度是否均小于预设第一张开宽度；
31、若为是，则将最小张开宽度的接头相连接并替换掉全局最优路径中相关部分的路径，作为新的全局最优路径；
32、若为否，则分析全局最优路径中是否存在因接头张开宽度大于第一张开宽度而造成的准入结果为否的隧道灾害结果；
33、若为是，则以预设的第三接头宽度作为接头宽度的上限值，并逐步增大可接受的接头宽度，直至路径中不再含有因接头张开宽度大于第一张开宽度而造成的准入结果为否的隧道灾害结果，将所分析确定的路径作为爬壁机器人进入灾害区域的路线；
34、若为否，则以所分析获取的全局最优路径作为爬壁机器人进入灾害区域的路线。
35、通过采用上述技术方案，该路线规划方案综合考虑了任务需求、隧道地图信息及接头张开宽度等因素，通过智能分析全局最优路径，并根据接头张开情况灵活调整，确保了爬壁机器人能够安全、高效地进入灾害区域。通过逐步增大可接受的接头宽度，有效规避了因接头张开过大而导致的准入问题，同时优化了机器人行进路线，提高了灾害检测与应对的效率和准确性。
36、可选的，启动爬壁机器人按照所规划路线进入灾害区域包括：
37、获取所规划路线上距离爬壁机器人在预设距离范围的接头的张开宽度以及分布密度；
38、根据接头的张开宽度以及分布密度与爬壁机器人的行进速度的对应关系，分析确定爬壁机器人的行进速度；
39、根据所分析确定爬壁机器人的行进速度控制爬壁机器人按照所规划路线进入灾害区域。
40、通过采用上述技术方案，通过精准获取接头的张开宽度与分布密度，智能分析确定爬壁机器人的行进速度，实现了机器人按规划路线安全高效进入灾害区域。此方案不仅提升了机器人对复杂环境的适应能力，更确保了救援与检测任务的高效执行。通过科学控制行进速度，有效降低了机器人在灾害区域的损坏风险，同时提高了救援与检测的准确性。
41、可选的，预设的灾害中心确定算法包括：
42、获取灾害电磁信号，使用静矫正、增益和背景降噪进行处理，构建形成三维数据体，并将三维数据体进行切片分析；
43、对切片分析的电磁波三维数据体进行二值化处理，将其转换为黑白图像，其中黑色代表低电场强度，白色代表高电场强度；
44、以固定间隔从图像中心提取电场强度数据；
45、监测提取的电场强度数据，当电场强度数据在预设时间范围内的升高量超过预设升高量，则将间隔依次减小，直到间隔达到预设值，将提取的电场强度数据与预设距离范围内的电场强度数据进行比较，找出电场强度最高的区域，即为灾害中心位置区域。
46、通过采用上述技术方案，通过精细处理灾害电磁信号，结合切片分析与二值化转换，实现了对电场强度的高效监测与定位。通过动态调整数据提取间隔，确保在电场强度急剧升高时，能够迅速锁定灾害中心位置区域。这一算法不仅提升了灾害应对的时效性，更保障了救援人员与设备的安全。其精准定位能力为后续的救援与灾害控制工作提供了有力支持，充分展现了科技创新在灾害管理领域的巨大潜力。
47、第二方面，本技术提供一种基于爬壁机器人的盾构隧道灾害快速检测评估系统，采用如下的技术方案：
48、一种基于爬壁机器人的盾构隧道灾害快速检测评估系统，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序，该程序能够被处理器加载执行时实现如第一方面所述的一种基于爬壁机器人的盾构隧道灾害快速检测评估方法。
1.一种基于爬壁机器人的盾构隧道灾害快速检测评估方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于爬壁机器人的盾构隧道灾害快速检测评估方法，其特征在于，若灾害结果分析为接头张开宽度分析，则通过有限元分析软件对隧道受灾严重的区域位置作灾害结果分析包括：
3.根据权利要求1所述的基于爬壁机器人的盾构隧道灾害快速检测评估方法，其特征在于，若灾害结果为裂缝宽度分析，爬壁机器人准入的判断标准如下：
4.根据权利要求1所述的基于爬壁机器人的盾构隧道灾害快速检测评估方法，其特征在于，若灾害结果为衬砌状态评估，爬壁机器人准入的判断标准如下：
5.根据权利要求2所述的基于爬壁机器人的盾构隧道灾害快速检测评估方法，其特征在于，若灾害结果为接头张开宽度，爬壁机器人准入的判断标准如下：
6.根据权利要求1所述的基于爬壁机器人的盾构隧道灾害快速检测评估方法，其特征在于，若灾害结果为垮塌，爬壁机器人准入的判断标准如下：
7.根据权利要求2所述的基于爬壁机器人的盾构隧道灾害快速检测评估方法，其特征在于，根据预设的爬壁机器人所需规避的接头张开宽度范围，规划爬壁机器人进入灾害区域的路线包括：
8.根据权利要求7所述的基于爬壁机器人的盾构隧道灾害快速检测评估方法，其特征在于，启动爬壁机器人按照所规划路线进入灾害区域包括：
9.根据权利要求1至8任意一项所述的基于爬壁机器人的盾构隧道灾害快速检测评估方法，其特征在于，预设的灾害中心确定算法包括：
10.一种基于爬壁机器人的盾构隧道灾害快速检测评估系统，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序，该程序能够被处理器加载执行时实现如权利要求1至9中任一项所述的基于爬壁机器人的盾构隧道灾害快速检测评估方法。
