本发明属于隧道工程，具体涉及一种隧道模型试验中的非接触采集装置，还涉及一种隧道模型试验中的量测方法，适用于同时量测隧道模型结构在模型试验中的变形、展布图等信息。
背景技术：
1、现代交通体系的发达极大便利了我们的生活，缩短了出行时间。在这其中，隧道工程，如地铁隧道、公路隧道和高铁隧道等，发挥了至关重要的作用。然而，由于隧道工程的长线型特点，它们经常需要穿越断层带，或面临周边开发的情况。在地质作用如活断层错动、地震，以及周边开发如基坑开挖等因素的影响下，这些重要的生命线工程容易发生形变甚至部分破坏，对正常出行造成严重影响。因此，深入研究隧道在活断层错动、地震灾害、以及周边开发等情况下的形变情况显得至关重要。
2、室内隧道模型试验是一种常见的研究方法，但受限于隧道模型内部空间的狭小、位移相关传感器与隧道的直接接触等因素，有效测量隧道模型的竖向位移、水平位移、以及相对收敛变得困难。同时，由于位移传感器体积的限制，测量点的数量极为有限，无法获得连续的变形云图。更为复杂的是，一旦隧道模型结构发生变形破坏，与之接触的位移相关传感器也可能发生变位，导致输出的数据不可信。因此，如何独立于隧道模型，以非接触的方式连续测量隧道模型的变形数据，一直是一个难以攻克的技术难题。
3、现有技术存在以下缺陷：
4、(1)、仅能获得有限的隧道结构变形数据，如某个断面上的顶拱、边墙等有限部位的变形，或者由于需要进行步进式采集，仅能获得指定断面的变形，不能获得隧道结构全面的变形云图分布情况。
5、(2)、测量的均为变形、位移等数据，无图像采集能力，更不具备连续采集图像获得全面的展布图的能力。
6、(3)、均需要从隧道模型外部将测量装置伸入隧道模型内，当隧道模型试验箱需要封闭，或者隧道模型无法开口的时候，即无法测量。
技术实现思路
1、本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种隧道模型试验中的非接触采集装置，还提供一种隧道模型试验中的量测方法。
2、本发明的上述目的通过以下技术手段来实现：
3、一种隧道模型试验中的非接触采集装置，包括隧道模型、堵头、轨道、以及非接触采集探头，隧道模型的两端均设置有堵头，堵头的截面的形状和大小与隧道模型的截面的形状和大小均适配，隧道模型一端的堵头上开设有信号线孔，轨道设置在隧道模型中，轨道沿隧道模型的纵向方向，轨道的两端分别与隧道模型两端的堵头连接，轨道上设置有非接触采集探头，牵引滑轮和动力滑轮分别设置在轨道的两端，动力滑轮上设置有电机，电机的旋转轴与动力滑轮的旋转轴连接，绳索的两端分别绕过牵引滑轮和动力滑轮，再与非接触采集探头连接，绳索上缠绕有电缆和信号线缆。
4、如上所述非接触采集探头包括探头外壳、钻孔摄影机、以及激光雷达；探头外壳设置在轨道上，探头外壳上还设置有第一透明环带和第二透明环带，钻孔摄影机设置在探头外壳内，钻孔摄影机上设置有第一驱动装置，第一驱动装置驱动钻孔摄影机的摄像头旋转，钻孔摄影机的摄像头透过第一透明环带对隧道模型内部结构拍摄；激光雷达设置在探头外壳内，激光雷达上设置有第二驱动装置，第二驱动装置驱动激光雷达的发射器和接收器旋转，激光雷达的发射器和接收器分别透过第二透明环带发射和接收激光信号。
5、一种隧道模型试验中的非接触采集装置，还包括图像采集与控制系统、动力与信号线缆、以及箱外控制与处理系统，图像采集与控制系统与动力与信号线缆的一端连接，动力与信号线缆的另一端穿过堵头上的信号线孔，再与箱外控制与处理系统连接，图像采集与控制系统还通过绳索上缠绕的电缆和信号线缆与电机、钻孔摄影机、第一驱动装置、第二驱动装置、以及激光雷达连接。
6、如上所述箱外控制与处理系统将电机控制信号、转动控制信号、以及扫描控制信号通过动力与信号线缆传输给图像采集与控制系统；图像采集与控制系统为电机供电，并根据电机控制信号控制电机的旋转轴的旋转方向和转速，进而控制非接触采集探头从隧道模型的一端运动到隧道模型的另一端，图像采集与控制系统还为钻孔摄影机供电，并通过转动控制信号控制第一驱动装置驱动钻孔摄影机的摄像头进行旋转拍摄，获取隧道模型的内部结构的视频，图像采集与控制系统还为激光雷达供电，并通过扫描控制信号控制第二驱动装置驱动激光雷达进行环状扫描，获取隧道模型的内部结构的点云图像信息，图像采集与控制系统将视频和点云图像信息传输给箱外控制与处理系统。
7、如上所述轨道上设置有凹槽，凹槽中设置有滑轨，探头外壳设置在滑轨上。
8、一种隧道模型试验中的量测方法，利用如上所述一种隧道模型试验中的非接触采集装置，包括以下步骤：
9、步骤1、将隧道模型和模型箱通过以下方式进行组装：首先将填充物填入到模型箱中，且在填到模型箱的一半高度时停止，然后将隧道模型放入到模型箱中的填充物上，最后继续向模型箱中填入填充物，直至模型箱中填充物的高度达到设定高度；
10、步骤2、箱外控制与处理系统将电机控制信号、转动控制信号、以及扫描控制信号通过动力与信号线缆传输给图像采集与控制系统；图像采集与控制系统根据电机控制信号调整电机的转动轴的转动方向和转速，控制非接触采集探头从隧道模型的一端匀速运动到隧道模型的另一端，图像采集与控制系统通过转动控制信号控制第一驱动装置驱动钻孔摄影机的摄像头进行旋转拍摄，获取隧道模型的内部结构的视频，图像采集与控制系统通过扫描控制信号控制第二驱动装置驱动激光雷达进行环状扫描，获取隧道模型的内部结构的点云图像信息，最后图像采集与控制系统将视频和点云图像信息传输给箱外控制与处理系统；
11、步骤3、对隧道模型开展隧道开挖、地震、以及活动断裂错断变形试验，使得隧道模型上出现裂纹或变形；
12、步骤4、重复步骤2，将第一次执行步骤2时获得的视频和点云图像信息作为隧道模型的初始状态的视频和点云图像信息，将执行步骤3后重复步骤2时获得的视频和点云图像信息作为隧道模型的变形破坏状态的视频和点云图像信息；
13、步骤5、将隧道模型的变形破坏状态的视频处理为隧道模型的隧道模型内部结构的展布图；
14、步骤6、将隧道模型的变形破坏状态的点云图像信息与隧道模型的初始状态的点云图像信息做差，并将做差后得到的点云图像信息处理为隧道模型的点云图像信息的展布图。
15、本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
16、(1)、本发明的装置可以实现移动的同时对隧道模型进行连续采集，相比于步进式采集，本发明的装置操作简单，采集到的图像更加准确；
17、(2)、本发明的装置可以以点云图像的形式获取连续的隧道模型的结构变形信息，还可以以视频的形式获取隧道模型的内部图像信息，进而获得隧道的点云图像信息的展布图和图像信息的展布图，获得的隧道模型的信息更加多样完整；
18、(3)、本发明的装置进行一次扫描就可以获得隧道模型的图像信息和点云图像信息两种数据，省时省力；
19、(4)、本发明的装置全部可放置于模型箱中，填埋于填充物中，仅需要有动力与信号线缆延伸出模型箱外，无需在模型箱侧壁开孔，便于试验的开展。
1.一种隧道模型试验中的非接触采集装置，包括隧道模型(2)，其特征在于，还包括堵头(1)、轨道(4)、以及非接触采集探头(6)，隧道模型(2)的两端均设置有堵头(1)，堵头(1)的截面的形状和大小与隧道模型(2)的截面的形状和大小均适配，隧道模型(2)一端的堵头(1)上开设有信号线孔(9)，轨道(4)设置在隧道模型(2)中，轨道(4)沿隧道模型(2)的纵向方向，轨道(4)的两端分别与隧道模型(2)两端的堵头(1)连接，轨道(4)上设置有非接触采集探头(6)，牵引滑轮(3)和动力滑轮(7)分别设置在轨道(4)的两端，动力滑轮(7)上设置有电机，电机的旋转轴与动力滑轮(7)的旋转轴连接，绳索(5)的两端分别绕过牵引滑轮(3)和动力滑轮(7)，再与非接触采集探头(6)连接，绳索(5)上缠绕有电缆和信号线缆。
2.根据权利要求1所述一种隧道模型试验中的非接触采集装置，其特征在于，所述非接触采集探头(6)包括探头外壳、钻孔摄影机、以及激光雷达；探头外壳设置在轨道(4)上，探头外壳上还设置有第一透明环带(12)和第二透明环带(13)，钻孔摄影机设置在探头外壳内，钻孔摄影机上设置有第一驱动装置，第一驱动装置驱动钻孔摄影机的摄像头旋转，钻孔摄影机的摄像头透过第一透明环带(12)对隧道模型(2)内部结构拍摄；激光雷达设置在探头外壳内，激光雷达上设置有第二驱动装置，第二驱动装置驱动激光雷达的发射器和接收器旋转，激光雷达的发射器和接收器分别透过第二透明环带(13)发射和接收激光信号。
3.根据权利要求2所述一种隧道模型试验中的非接触采集装置，其特征在于，还包括图像采集与控制系统(9)、动力与信号线缆(10)、以及箱外控制与处理系统(11)，图像采集与控制系统(9)与动力与信号线缆(10)的一端连接，动力与信号线缆(10)的另一端穿过堵头(1)上的信号线孔(9)，再与箱外控制与处理系统(11)连接，图像采集与控制系统(9)还通过绳索(5)上缠绕的电缆和信号线缆与电机、钻孔摄影机、第一驱动装置、第二驱动装置、以及激光雷达连接。
4.根据权利要求3所述一种隧道模型试验中的非接触采集装置，其特征在于，所述箱外控制与处理系统(11)将电机控制信号、转动控制信号、以及扫描控制信号通过动力与信号线缆(10)传输给图像采集与控制系统(9)；图像采集与控制系统(9)为电机供电，并根据电机控制信号控制电机的旋转轴的旋转方向和转速，进而控制非接触采集探头(6)从隧道模型(2)的一端运动到隧道模型(2)的另一端，图像采集与控制系统(9)还为钻孔摄影机供电，并通过转动控制信号控制第一驱动装置驱动钻孔摄影机的摄像头进行旋转拍摄，获取隧道模型(2)的内部结构的视频，图像采集与控制系统(9)还为激光雷达供电，并通过扫描控制信号控制第二驱动装置驱动激光雷达进行环状扫描，获取隧道模型(2)的内部结构的点云图像信息，图像采集与控制系统(9)将视频和点云图像信息传输给箱外控制与处理系统(11)。
5.根据权利要求4所述一种隧道模型试验中的非接触采集装置，其特征在于，所述轨道(4)上设置有凹槽，凹槽中设置有滑轨，探头外壳设置在滑轨上。
6.一种隧道模型试验中的量测方法，利用权利要求5所述一种隧道模型试验中的非接触采集装置，其特征在于，包括以下步骤：
