一种隧道灯的自动定位清洗系统及清洗控制方法

技术领域

本发明涉及公共设施清洗技术领域，特别涉及一种隧道灯的自动定位清洗系统及清洗控制方法。

背景技术

高速公路被誉为一个国家走向现代化的桥梁，是发展现代交通业的必经之路。随着我国社会城市化的不断发展，高速公路已经成为我国沟通城际的重要交通方式之一，对周边城镇的总体发展起着重要作用。我国高速公路总里程已达14万千米，位居全球第一。

隧道是高速公路的重要组成部分，随着我国高速公路的快速发展，高速公路隧道也越来越密集。隧道内的隧道灯是为解决车辆驶入或驶出隧道时亮度突变使视觉产生的“黑洞效应”或“白洞效应”而设置的。隧道内的隧道灯具在使用过程中，由于大气本身的灰尘以及隧道内汽车尾气和粉尘，隧道灯的灯罩表面容易积聚灰尘，影响灯罩的透光度，进而影响照明效果，造成隧道内光亮不足，影响安全通行。因此，高速公路隧道内照明灯具的清洗工作就显得尤为重要。

由于隧道一般的垂直高度较高，传统的清洗方式无法达到足够的高度，所以现有的作业方式有采用升降机登高作业、进行高压水枪冲洗、采用长柄刷进行刷洗。现有的这些作业方式存在人力、物力成本较高、作业人员安全隐患、清洗效率低、费时费力、浪费水资源、污水随意滴落、污染隧道环境等诸多弊端。

因此，需要一种自动定位隧道灯的硬件装置和对隧道灯进行定点清洗的系统及清洗控制方法。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种隧道灯的自动定位清洗系统及清洗控制方法，所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种隧道灯的自动定位清洗系统，包括：可移动车辆，其载有驱动机构、水箱、可升降平台、设置在所述可升降平台上的定位模块和机械臂，其中，所述定位模块用于定位隧道灯的位置，所述机械臂末端设有清洗头，所述清洗头通过管路与所述水箱连通，所述管路上设有用于提供出水动力的动力装置，所述可移动车辆能够在驱动机构的驱动下移动；

隧道信息数据库，用于预存储一个或多个待作业隧道的信息数据，包括隧道高度、隧道灯尺寸和隧道灯间距；

控制器，其与所述定位模块、驱动机构、可升降平台、动力装置、机械臂电连接，并根据隧道信息数据库中的信息数据作出如下控制动作：控制所述驱动机构的启闭和/或驱动速度以使所述可移动车辆依次从隧道灯的下方经过、控制所述可升降平台的升起高度、控制在所述清洗头与隧道灯相对的情况下启动所述动力装置，并能够控制所述机械臂运动，使得机械臂带着清洗头清洗隧道灯。

进一步地，所述的隧道灯的自动定位清洗系统，还包括GPS定位模块，用于定位所述可移动车辆当前的地理信息；

所述隧道信息数据库中存储的待作业隧道的信息数据还包括隧道地理信息；

所述控制器根据GPS的定位结果从所述隧道信息数据库中匹配当前待作业的隧道及相应的隧道高度、隧道灯尺寸和隧道灯间距。

进一步地，所述的隧道灯的自动定位清洗系统，若所述定位模块定位到隧道灯的位置，则所述控制器控制所述动力装置启动，并控制所述机械臂动作，使其末端的清洗头对当前定位的隧道灯进行擦洗。

进一步地，所述的隧道灯的自动定位清洗系统，当前隧道灯完成清洗后，所述控制器控制所述驱动机构驱动可移动车辆移动所述隧道灯间距的距离，再启动定位模块对相邻的下一个隧道灯进行定位。

进一步地，所述的隧道灯的自动定位清洗系统，还包括预先设置在待作业的隧道内的标识线，所述标识线设置在隧道灯下方的地面上；

所述可移动车辆上还设有用于对所述标识线巡线的传感器。

进一步地，所述的隧道灯的自动定位清洗系统，所述可移动车辆为无人驾驶车，所述控制器为车载控制器或者为可移动智能终端控制器。

再一方面，本发明提供了一种隧道灯的自动定位清洗控制方法，其通过自动定位清洗系统完成，所述方法包括以下步骤：

S1、将可移动车辆引导至待作业隧道的初始位置，所述可移动车辆载有驱动机构、水箱、可升降平台、设置在所述可升降平台上的定位模块和机械臂，其中，所述定位模块用于定位隧道灯的位置，所述机械臂末端设有清洗头，所述清洗头通过管路与所述水箱连通，所述管路上设有用于提供出水动力的动力装置；

S2、驱动机构驱动可移动车辆移动至第一个隧道灯下方，并所述可升降平台升起至与当前隧道高度相匹配的高度；

S3、利用定位模块对当前隧道灯的位置进行定位；

S4、启动动力装置使所述清洗头出水，并驱动机械臂动作，使其末端的清洗头对当前的隧道灯完成擦洗；

S5、判断是否还有下一个隧道灯，若有，则继续驱动所述可移动车辆移动相邻隧道灯间距的距离后，返回执行S3-S5，否则回收所述可移动车辆。

优选地，所述定位模块为图像传感器，所述定位模块对隧道灯定位得到图像信息，所述自动定位清洗系统对所述图像信息进行分析，得到所述隧道灯的三维方位信息；

步骤S4中所述机械臂根据分析得到的所述隧道灯的三维方位信息对所述隧道灯进行擦洗，且在擦洗过程中，所述可移动车辆保持在原地。

可选地，所述定位模块为测距传感器，步骤S3中确定测距结果发生变化的临界区域作为所述隧道灯的起始端；

步骤S4中所述机械臂末端的清洗头能够覆盖所述隧道灯的宽度，且在擦洗过程中，所述可移动车辆沿着所述隧道灯的长度方向单向或往复移动。

进一步地，步骤S2之前还包括：查询隧道信息数据库，以匹配当前待作业的隧道及相应的隧道高度、隧道灯尺寸和隧道灯间距信息。

进一步地，步骤S1之前还包括在待作业的隧道内设置标识线，所述标识线设置在隧道灯下方的地面上，步骤S4和S5中所述可移动车辆沿着所述标识线移动。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

a.以隧道信息数据库的数据信息为基础，实现小车对不同隧道实施不同的隧道灯清洗操作流程，提高自动化清洗程度；

b.在确保清洁程度高的同时，大大节约了清洁时间；

c.不仅节约了人力、物力，通过提前预设一个隧道灯的清洁用水量，有效控制了水资源的使用情况，最大化地节约了水资源；

d.通过可移动车辆对隧道灯进行清洗，不但降低操作人员的劳动强度，而且有效消除了登高作业的安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的隧道灯的自动定位清洗系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的自动定位清洗系统的可移动车辆的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的隧道灯的自动定位清洗控制方法流程图。

其中，附图标记包括：1-可移动车辆，11-水箱，12-可升降平台，121-定位模块，122-机械臂，123-清洗头。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，更清楚地了解本发明的目的、技术方案及其优点，以下结合具体实施例并参照附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。除此，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种隧道灯的自动定位清洗系统，如图1-2所示，所述自动定位清洗系统包括数据库、GPS、控制器和可移动车辆1。其中，所述可移动车辆1载有驱动机构、水箱11、可升降平台12、设置在所述可升降平台12上的定位模块121和机械臂122，所述定位模块121用于定位隧道灯的位置，所述机械臂122末端设有清洗头123，所述清洗头123通过管路与所述水箱11连通，所述管路上设有用于提供出水动力的动力装置，所述可移动车辆1能够在驱动机构的驱动下移动；所述数据库为隧道信息数据库，用于预存储一个或多个待作业隧道的信息数据，比如：隧道高度、隧道口到第一个灯的距离、隧道灯尺寸和数量、隧道灯间距、隧道地理信息；所述GPS定位模块用于定位所述可移动车辆1当前的地理信息；所述控制器根据GPS的定位结果从所述隧道信息数据库中匹配当前待作业的隧道及相应的隧道高度、隧道灯尺寸和数量以及隧道灯间距，所述控制器与所述定位模块、驱动机构、可升降平台12、动力装置、机械臂122电连接，并根据隧道信息数据库中的信息数据作出如下控制动作：控制所述驱动机构的启闭和/或驱动速度以使所述可移动车辆1依次从隧道灯的下方经过、控制所述可升降平台12的升起高度、控制在所述清洗头123与隧道灯相对的情况下启动所述动力装置，并能够控制所述机械臂122运动，使得机械臂122带动清洗头清洗隧道灯。本发明的最大发明点之一在于以隧道信息数据库的数据信息为基础，实现小车对不同隧道实施不同的隧道灯清洗操作流程，提高自动化清洗程度。

自动定位清洗系统通过GPS定位模块获取经纬度坐标信息，并与数据库匹配判别待作业隧道信息，获取待作业隧道相应数据，比如：隧道高度、隧道长度、作业高度、隧道灯型号、隧道灯尺寸和数量、隧道灯间隔距离，这些数据帮助所述可移动车辆1确定作业行进路线。可移动车辆1通过数据库中获取的入口至第一个作业隧道灯的距离信息进行初步定位，自动行走至第一个需作业隧道灯的正下方(也可以人为将所述可移动车辆1初始化在第一个作业隧道灯的下方)，根据数据库中的隧道高度升起可升降平台12至数据库中的既定作业高度，再通过可升降平台12上的定位模块121定位需作业隧道灯的精确位置信息，从而使得机械臂122末端的清洗头123与隧道灯相对，具体如下：所述定位模块为图像传感器，所述定位模块对隧道灯定位得到图像信息，所述自动定位清洗系统对所述图像信息进行分析，得到所述隧道灯的三维方位信息，即确定所述机械臂122至隧道灯每一区域的距离。在此情况下，所述控制器控制所述动力装置启动，所述动力装置可以为水泵，其将水箱11内的水抽出并由所述清洗头123喷出(本发明并不限定所述水箱11内的水为清水亦或是清洗液)，由于以获知至隧道灯每一区域的距离，则所述机械臂122可以带动所述清洁头123摆动擦拭所述隧道灯的表面，模拟人手摆动擦玻璃的动作一样，在擦洗过程中，所述可移动车辆保持在原地，即不前进。

本发明实施例还提供了另一种定位及清洁的方式：所述定位模块为测距传感器，确定测距结果发生变化的临界区域作为所述隧道灯的起始端，具体地，比如所述定位模块为发射方向向上的激光测距传感器，由于隧道灯具有一定高度，因此，在激光传感器未与隧道灯相对的状态下，测距结果相对于激光传感器与隧道灯相对的状态下的测距结果更大，因此，在从隧道灯相对区域进入非相对区域，或者从隧道灯非相对区域进入相对区域时，激光传感器可以检测到两个区域(相对区域与非相对区域)的临界，即以此来定位到所述隧道灯的起始端。本实施例适用于平面结构或者微弧结构的隧道灯待清洁面，尤其是隧道灯的长度方向与隧道方向大致相同的情况。将所述机械臂122末端的清洁头123设置成能够覆盖所述隧道灯的宽度对准待作业隧道灯的一边，然后所述控制器控制所述动力装置启动，并控制所述驱动机构驱动可移动车辆1移动，在移动过程中，所述清洁头123可以保持静止，优选为转动，本实施例中所述清洁头可以采用柔性毛刷，也可以采用弹性结构安装在所述机械臂122末端，这样可以避免所述清洁头123对隧道灯产生强烈的作用力而损坏隧道灯；也可以安装智能传感器来检测清洗作业中清洁头123与隧道灯的间距，从而通过机械臂122的长短控制来使得所述清洁头123始终保持在合适的距离。在一个特别实施例中，所述可移动车辆1还可以沿着所述隧道灯的长度方向往复移动，以提高清洁效果，显然，单次移动也是可以实现清洁的技术方案。对于单次移动，所述可移动车辆1移动所述待作业隧道灯尺寸的距离后，或者对于往复移动一定次数后，所述可移动车辆继续向前移动至离开所述清洁头123与隧道灯相对的区域，此时控制所述动力装置关闭。

以上两种清洗方式的共同点在于在可移动车辆1上的清洁头123对着隧道灯的情况下，，水泵工作使清洗头123出水对待作业隧道灯进行精准清洗作业，当前隧道灯完成清洗后，所述控制器控制所述驱动机构驱动可移动车辆1移动数据库中预存的隧道灯间距的距离，在对应于隧道灯间距距离的移动过程中，所述清洗头123无需出水，再启动定位模块121对相邻的下一个隧道灯进行定位，初始定位完成后，重复上述步骤。

需要注意的是，设置在可移动车辆1上的水箱数量可以是一个，可以是多个。此实施例中优先选用两个，多个水箱的优点在于水量相对充足，最大程度地避免了清洗过程中水箱缺水的情况。

当清洗完一个隧道灯后，提供出水动力的动力装置可以关闭，也可以保持开启的模式。若一直保持开启，对水量的需求较大，相应地，水箱的容积也应有所增加，不仅会造成水资源的浪费，系统成本也会增加；若清洗完一个隧道灯后就关闭动力装置，有助于省水省电。

在可移动车辆1移动至下一个待作业隧道灯的过程中，可升降平台12可以降至初始位置或稍微下降一段距离，优选可以保持高度位置不复位。若不复位，可移动车辆1的作业效率相对提高。

对于循环清洗工作，有至少三种方式来确定循环作业次数。

第一种方式是通过将隧道内需作业隧道灯数目作为初始数据预先载入隧道信息数据库，系统进行加法或者减法运算来确定循环作业次数：

当使用加法运算时，系统内部设定一个初值为零的变量，所述变量代表清洗次数，可移动车辆1每清洗完一个隧道灯后，系统内部对所述变量加一，直至该变量值与初始数据(隧道内需作业隧道灯数目)相等时，系统停止清洗工作。

当使用减法运算时，系统内部设定一个初值与初始数据(隧道内需作业隧道灯数目)相等的变量，可移动车辆1每清洗完一个隧道灯后，系统内部对所述变量减一，直至该变量值为零时，系统停止清洗工作。

第二种方式是在可升降平台12上设置用于检测隧道灯的第一传感器，比如光照传感器，预先将隧道灯的光照强度载入隧道信息数据库，在驱动可移动车辆1沿标识线行进数据库中预存的隧道灯间距的距离后，通过第一传感器来判断前方是否存在隧道灯，进而判断是否需要继续进行清洗作业。需要注意的是，所述标识线预先设置在待作业的隧道内，并且设置在隧道灯下方的地面上，所述可移动车辆1上还设有用于对所述标识线巡线的第二传感器。

第三种方式是通过将隧道内需作业的第一个隧道灯至最后一个隧道灯之间的距离作为初始数据预先载入隧道信息数据库，在可移动车辆1移动过程中测算移动距离，当测算结果达到上述隧道信息数据库中的距离数据时，则判定为完成当前隧道全部隧道灯的清洗。

当使用第二种设置光照传感器的方法时，需要注意的是，隧道灯可能存在老化或者损坏的情况。对于老化的隧道灯，其光照强度相对正常工作的隧道灯的光照强度较小，所以最好将隧道灯的光照强度设定为一个区间范围，光照传感器读取的光照强度只要在此区间内，系统都应进行清洗工作，这样不会遗漏清洗老化的隧道灯；对于损坏的隧道灯，其光照强度为零，光照传感器无法感知损坏的隧道灯的存在，就会出现遗漏清洗的问题，并且若损坏的隧道灯处于隧道中间位置，那么系统会停止清洗工作，此时需要对系统进行预先设置，比如，在可移动车辆1沿标识线行进数据库中预存的隧道灯间距的距离三次后，每次光照传感器读取的光照强度均为零时，系统认为清洗工作已完成，需要注意的是，上述三次仅为举例说明，具体实施次数可自行设定。除预先设置以外，还可以结合第二种方式来确定循环作业次数。

当可移动车辆1循环作业至完成所有隧道灯清洗作业后，再由作业人员利用手持终端操作控制软件，通过控制器操控可移动车辆1行走至作业车辆并对其充电查看。所述可移动车辆1可以为人工驾驶车辆，也可以为无人驾驶车，所述控制器为车载控制器或者可移动智能终端控制器。在利用车载控制器或者可移动智能终端控制器对无人驾驶车的操控流程如下：

作业人员驾驶作业车辆行驶至待作业隧道入口处，由作业人员启动隧道灯智能清洗机器人，放下车载缓坡，利用手持终端操作控制软件。操控机器人下坡并走行至地面标定标识线处；系统将通过GPS定位模块获取经纬度坐标信息，通过数据库匹配判别待作业隧道信息，并获取待作业隧道相应数据，包括：隧道高度、隧道长度、隧道灯型号、隧道灯尺寸、隧道灯间隔距离等一系列作业信息；作业人员操控机器人走行至隧道入口处后启动作业程序，机器人通过安装在走行小车底部的线路定位模块识别地面标定标识线确定作业走行路线。通过隧道信息数据库中获取的入口至第一个作业隧道灯的距离信息进行初步定位，自动走行至第一个需作业隧道灯的正下方；初步定位完成后，根据隧道高度升起升降平台至既定作业高度，再通过隧道灯定位模块获取需作业隧道灯的精确位置信息，从而控制机械臂完成精准清洗作业；清洗作业完成后，走行小车根据该隧道的灯具安装间隔信息自动走行至下一个作业位置完成初步定位(走行过程中升降平台高度位置不复位，以提高作业效率)。再次通过隧道灯定位模块获取需作业隧道灯的精确位置信息，控制机械臂完成精准清洗作业。循环作业至完成所有隧道灯清洗后，再由作业人员利用手持终端操作控制软件。操控机器人走行上坡至作业车辆并对接充电桩进行机器人充电。

本发明还提供了一种隧道灯的自动定位清洗控制方法，如图3所示，包括以下步骤：

S1、将可移动车辆引导至待作业隧道的初始位置，所述可移动车辆载有驱动机构、水箱、可升降平台、设置在所述可升降平台上的定位模块和机械臂，其中，所述定位模块用于定位隧道灯的位置，所述机械臂末端设有清洗头，所述清洗头通过管路与所述水箱连通，所述管路上设有用于提供出水动力的动力装置；

S2、驱动机构驱动可移动车辆移动至第一个隧道灯下方，并所述可升降平台升起至与当前隧道高度相匹配的高度；

S3、利用定位模块对当前隧道灯的位置进行定位；

S4、启动动力装置使所述清洗头出水，并驱动机械臂动作，使其末端的清洗头对当前的隧道灯完成擦洗；

S5、判断是否还有下一个隧道灯，若有，则继续驱动所述可移动车辆移动相邻隧道灯间距的距离后，返回执行S3-S5，否则回收所述可移动车辆。

进一步地，步骤S2之前还包括：查询隧道信息数据库，以匹配当前待作业的隧道及相应的隧道高度、隧道灯尺寸和隧道灯间距信息。

进一步地，步骤S1之前还包括在待作业的隧道内设置标识线，所述标识线设置在隧道灯下方的地面上，步骤S4和S5中所述可移动车辆沿着所述标识线移动。

在本发明的另一个实施例中，所述定位模块为图像传感器，步骤S3中根据隧道灯在成像中的相对位置确定隧道灯的位置，具体地，比如，以图像传感器的成像中心为隧道灯的左上角定位的基准位置，即若所述隧道灯的左上角在成像中心，则表明已经此时定位到隧道灯的初始状态。通过现有技术中的二维图形转三维空间信息获取技术，得到所述隧道灯的三维方位信息，即为机械臂的三维移动提供的数据支持，所述机械臂的三维移动使其清洁头在隧道灯的待清洁表面作擦拭动作。在擦洗过程中，所述可移动车辆的车轮停在原地。

在本发明的一个实施例中，所述定位模块为测距传感器，步骤S3中确定测距结果发生变化的临界区域作为所述隧道灯的起始端，具体地，比如所述定位模块为发射方向向上的激光测距传感器，由于隧道灯具有一定高度，因此，在激光传感器未与隧道灯相对的状态下，测距结果相对于激光传感器与隧道灯相对的状态下的测距结果更大，因此，在从隧道灯相对区域进入非相对区域，或者从隧道灯非相对区域进入相对区域时，激光传感器可以检测到两个区域(相对区域与非相对区域)的临界。在擦洗过程中，所述车移动车辆向前移动或者前后移动，以此来带动机械臂末端的清洁头来擦拭隧道灯。

本自动定位清洗控制方法实施例的思想与上述实施例中自动定位清洗系统的工作过程属于同一思想，通过全文引用的方式将上述自动定位清洗系统实施例的全部内容并入本自动定位清洗控制方法实施例，不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。