CHNSpec Technology （Zhejiang）Co.,Ltd chnspec@colorspec.cn 86--13732210605
Недавно исследовательская группа из Университета Тунцзи добилась значительного прогресса в обнаружении подземных бетонных облицовочных конструкций, опираясь на гиперспектральную камеру FigSpec FS-27, разработанную компанией Hangzhou CHNSpec Technology. Команда успешно создала технологию неразрушающего контроля, объединяющую гиперспектральную визуализацию (HSI) и глубокие нейронные сети (DNN). Эта технология обеспечивает автоматизированный, высокоточный мониторинг и визуализацию дефектов прочности на сжатие подземных туннельных облицовок. Соответствующие результаты были приняты к публикации в международном ведущем журнале Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering (SCIE Q1 Top journal).
Проблемы обнаружения подземных сооружений подчеркивают необходимость инноваций в традиционных методах
С ускорением урбанизации подземные инфраструктуры, такие как туннели метро и переходы под реками, продолжают расширяться. Прочность на сжатие бетонных облицовок, являясь основной защитной конструкцией в подземном строительстве, напрямую влияет на целостность конструкции и безопасность эксплуатации. Однако подземная среда замкнута и сложна, и традиционные методы обнаружения сталкиваются со многими ограничениями: разрушительные методы, такие как отбор проб керна и испытания на вырыв, повреждают конструкцию и являются трудоемкими и дорогостоящими; обычные неразрушающие технологии, такие как ультразвук и молотки Шмидта, не обладают достаточной точностью и не могут обеспечить пространственную визуализацию распределения прочности, что затрудняет точное выявление локальных дефектов, таких как трещины, отслоения и просачивание.
Эксплуатационные данные туннелей под реками, таких как линия 12 Шанхайского метро и линия 8 Циндаоского метро, показывают, что длительная эрозия грунтовых вод и геологическое напряжение могут легко привести к ухудшению прочности облицовки. Без своевременного и точного мониторинга могут возникнуть структурные риски. Поэтому разработка бесконтактной, автоматизированной, высокоточной технологии обнаружения стала насущной потребностью в обслуживании подземных сооружений.
Гиперспектральная камера CHNSpec обеспечивает основное расширение возможностей, достигая трех технических инноваций
Гиперспектральная камера CHNSpec FigSpec FS-27, выбранная исследовательской группой, стала ключевой аппаратной поддержкой этого технологического прорыва. Камера оснащена датчиком InGaAs, способным захватывать 1024 последовательных спектральных полосы в ближнем инфракрасном диапазоне 900–1700 нм, достигая спектрального разрешения 6,5 нм. Она может точно улавливать тонкие различия спектральных характеристик на поверхности бетона, предоставляя обильную физико-химическую информацию для оценки прочности. В сочетании с галогенными источниками света и стандартной панелью калибровки отражения устройство по-прежнему может стабильно получать спектральные изображения высокого разрешения 1280 × 1280 в тусклых и сложных туннельных условиях, что соответствует строгим требованиям обнаружения на месте.
Основываясь на многомерных спектральных данных, полученных камерой, команда инновационно разработала две регрессионные модели DNN. Среди них сегментированный спектральный глубокий нейронный регрессор (SegS_DNR) показал наилучшие результаты: посредством пространственно-спектрального слияния признаков с использованием окна размером 5 × 5 пикселей модель достигла коэффициента детерминации (Rp²) 0,925 и остаточного отклонения прогноза (RPD) 5,28, что намного превосходит традиционные модели частичной регрессии наименьших квадратов (PLSR) и случайного леса (RFR). Между тем, она сгенерировала тепловые карты распределения прочности на сжатие в 2D, которые визуально представляют различия в прочности в разных областях облицовки, достигая двойных целей «количественного обнаружения + визуального представления».
В ходе полевой проверки, проведенной в туннеле через реку Хуанпу линии 12 Шанхайского метро, технология не только точно измерила прочность на сжатие нормальных участков (в среднем около 47,6 МПа), но и четко выявила признаки ухудшения прочности в областях с трещинами, отслоениями и просачиванием — средняя прочность дефектных областей снизилась до 33–37 МПа, что в высокой степени соответствует фактическим результатам инженерного обнаружения, с точностью распознавания, сопоставимой с точностью старших инженеров.
Расширение возможностей интеллектуального обслуживания и лидирование в новой парадигме обнаружения подземных сооружений
В этом технологическом прорыве были полностью подтверждены преимущества высокой стабильности и высокого спектрального разрешения гиперспектральной камеры CHNSpec FigSpec FS-27. Ее совместное применение с алгоритмами глубокого обучения полностью преобразовало традиционную модель обнаружения подземных облицовочных конструкций. Технология не требует контакта с поверхностью конструкции, может быстро завершить обнаружение большой площади, а сгенерированные карты распределения прочности могут напрямую поддерживать принятие решений по техническому обслуживанию, значительно повышая научный характер и эффективность управления жизненным циклом подземных сооружений.
В настоящее время технология прошла пилотные испытания в проектах подземного строительства в сложных геологических условиях, таких как туннели под реками и под водой. В будущем она может быть интегрирована с роботизированным контролем, IoT (интернетом вещей) и технологиями BIM (информационное моделирование зданий) для создания интеллектуальной системы мониторинга подземной инфраструктуры. По словам представителя CHNSpec, компания продолжит оптимизировать инженерную адаптируемость оборудования для гиперспектральной визуализации и предоставит более целевые технические решения для потребностей неразрушающего контроля в области транспорта, гражданского строительства, геологии и других областях.
Реализация этого исследовательского достижения не только обеспечивает новый технический путь для обеспечения безопасности подземных сооружений, но и демонстрирует основную конкурентоспособность отечественного гиперспектрального оборудования в передовых исследованиях и инженерных приложениях, вливая новый импульс в безопасную и устойчивую эксплуатацию подземной инфраструктуры Китая.
FS-27 — это коротковолновая ближняя инфракрасная гиперспектральная камера из серии FigSpec® FS2X. Она использует технологию спектрального разделения с помощью передающей решетки и отличается высоким разрешением и высокой стабильностью, что делает ее подходящей для профессионального спектрального анализа изображений в различных областях.
Основные характеристики продукта:
Отличные спектральные характеристики: охватывает коротковолновый ближний инфракрасный диапазон 900–1700 нм с разрешением по длине волны лучше 6 нм и поддерживает 1024 спектральных канала. Надежное качество изображения: разрешение изображения достигает 1280 × 1280, динамический диапазон составляет 12 бит, SNR составляет 600:1, а уровень паразитного света составляет всего 0,5%. Удобная и эффективная работа: встроенная сканирующая визуализация и вспомогательная камера обзора могут контролировать область съемки в режиме реального времени; поддерживает несколько региональных функций ROI; скорость визуализации составляет 10 секунд на сканирование.
