基于线阵相机/扫描仪的轨交隧道病害检测系统设计实现

隧道维护可以避免隧道病害引发的安全事故,有效的维护依赖于全面和准确的隧道病害检测。传统的隧道病害检测依靠人工巡检,受隧道照明不足、检测时间短等因素的影响,检测效率低下且准确率低。针对这些隧道病害检测中的难题,根据轨交隧道结构均匀、轨道线路固定的特点设计了轨交隧道病害检测系统。系统将激光扫描技术与摄影测量技术相结合,使用激光扫描仪获取隧道三维点云,使用多线阵相机获取隧道影像,借助激光跟踪仪并设计虚拟靶标场对相机和扫描仪进行标定使其坐标基准统一。系统采用分布式的软件架构研发数据采集软件进行传感器交互和数据存储,并采用外触发的方法使传感器采集频率与车速匹配,最后基于Cesium框架研发数据管理平台对隧道数据进行管理。将系统应用于某隧道进行数据精度验证,实验表明轨交隧道病害检测系统能够在实际隧道中检测宽度为0.2 mm的裂缝和错台量0.5 mm的错台,具备轨交隧道病害检测能力。最后,通过将实验采集到的数据应用于隧道裂缝检测、错台检测、变形检测等方面,并对检测出的病害进行定位,证明了轨交隧道病害检测系统的实用性,为轨交隧道病害检测提供了可靠的解决方案。

北京地铁盾构隧道渗漏病害成因及对管片结构的影响研究

为揭示城市盾构隧道渗漏病害的形成机制,对北京地铁部分盾构隧道渗漏病害的主要类型、位置及程度进行统计分析。通过现场检测、地质雷达及内窥镜探测等手段,探究盾构隧道渗漏病害机制及成因,并通过数值模拟研究管片接缝渗漏时的地层变形规律及管片结构内力特征。研究表明:1)盾构管片接缝渗漏为主要的盾构隧道渗漏类型,占比超过60%,渗漏发生的位置集中在拱顶,以滴漏为主。2)盾构隧道渗漏水的主要内因是管片接缝处的不均匀变形,主要外因是地下水迅速升高导致存在渗漏隐患的隧道位于水位以下;同时,隧道周边地层更易形成富水体,增大了隧道渗漏病害的发生概率。3)盾构管片接缝处渗漏位置越靠近拱底,渗漏越严重,渗漏附近地层孔隙水压力消散的数值、最终达到稳定时的地表沉降越大。4)接缝局部渗漏导致的管片结构椭圆化变形较小,更易使结构出现向下且倾向渗漏点位方向的偏移;另外,渗漏位置变化相比渗漏程度对管片结构内力的影响大。

隧道综合巡检机器人设计及研究

为解决城轨隧道病害检测采集的问题,设计了一台隧道综合巡检机器人。对机器人的实现功能进行规划与设计,确定实现方式,并使用SolidWorks软件设计并建立机器人不同模块的结构模型;对底盘驱动模块进行电机计算与校核,利用ANSYS Workbench对底盘进行有限元静力学分析;对机器人样机进行生产加工组装,并在真实隧道环境中进行测试实验。实验测试结果表明,机器人结构与控制部分设计合理,可实现对隧道内壁与道床的病害数据采集,机器人运动性能达到预期的目标。

隧道结构智能综合检测装备研制与应用

为解决隧道结构健康检测常规方式存在检测指标相对单一、机械化程度低、检测效率低、智能化水平低、安全风险高等突出问题,通过“非接触远距离检测”“表观病害智能检测与识别”“装备集成与智能控制”等关键技术研究与创新,研制出隧道结构智能综合检测装备,实现隧道结构内部病害、表观病害、结构形变等一体化综合检测。经工程验证,该装备可实现隧道衬砌厚度、背后空洞、钢拱架分布、衬砌裂缝、衬砌裂损、渗漏水、隧道断面及盾构法隧道椭圆度、管片错台等非接触高效综合检测,其综合作业效率为10~40 km/h,比常规检测方式提升2~8倍,检测方舱采用模块化设计,可搭载于轮式汽车底盘、轨道平板车等多种载体,适用于隧道建设施工过程中、竣工验收及运营期等多种工况,市场应用前景广阔。

运营期地铁隧道结构病害现状检测分析

地铁隧道的构造及运营环境特殊,隧道结构出现的病害较多。文章通过采用多种仪器设备对隧道进行外观检测和无损检测,得到了隧道衬砌裂缝、衬砌厚度、混凝土强度等信息。检测结果表明:隧道虽然存在裂缝、渗水和露筋等病害,但是综合影响不大,对隧道正常运营不构成威胁;依据相关规范和标准进行安全等级评定,全等级评定结果为C级,不影响通道运行安全。

基于雷达机器人的隧道衬砌高效检测技术研究

为解决隧道衬砌结构病害检测中设备布设困难、检测效率低下、结果不具代表性等问题,设计由四旋翼-四驱动结构搭载900 MHz无线雷达、运行速度为18 km/h的隧道衬砌雷达检测机器人,设定力学指标满足机器人沿衬砌环向曲面行走的功能,并研制重力传感器用于路径校准。依据雷达机器人采集的结构损伤信息,开发雷达信号轻量化网络模型,对钢筋、厚度不足、不密实与空洞4类衬砌内部常见的异常信号进行自动分类,并输出空洞顶部与底部反射的信号时间窗,可用于空洞信号的精准定位与深度测算。在小笠尖隧道与鹿山隧道开展实际工程检测应用,并完成现场打孔验证。工程应用及验证结果表明:1)雷达机器人能快速稳定完成结构数据的自动化采集,与人工检测相比,检测数据精度较高,检测4000 m^(2)衬砌由3 h缩短至0.5 h;2)雷达信号轻量化网络分类精确度指标F1分数与mAP@0.5分别为0.93与97.51%,优于雷达图谱模型并且计算量较小;3)定位模块在不同位置处对空洞深度尺寸的预测准确率均大于80%,输出位置、深度信息与现场打孔结果一致,证明了雷达机器人在病害自动化检测中的有效性。

隧道工程车载探地雷达检测应用分析

介绍隧道工程车载探地雷达检测内容,探究车载探地雷达检测在隧道工程中的应用方法,并对隧道工程车载探地雷达检测案例进行了进一步分析,希望为车载探地雷达检测在隧道工程中的有效应用提供一些参考。

铁路隧道表观病害检测技术应用研究

总结了铁路隧道表观病害检测的现状,梳理了目前铁路隧道表观病害检测系统的优缺点。为解决单一数据源检测不全面的缺陷,采用一种集成计算机视觉技术和三维激光扫描技术车载移动测量系统,实现了铁路隧道断面激光点云和高清影像快速获取。通过对点云数据和影像数据进行综合分析处理,实现衬砌掉块、渗水、裂纹、几何形变等衬砌表观病害的综合检测。工程实践表明:本文使用的车载移动测量系统最高检测效率能达15km/h,裂纹检测精度达到0.3mm,可以实现隧道表观病害的全面快速检测,有效减少在线作业时间,为既有铁路隧道快速检测提供技术支撑和安全保障。

基于三维激光扫描技术的运营地铁隧道病害检测技术研究

城市轨道交通隧道的养护是确保地铁系统安全、可靠运行的重要环节。在运营过程中,城市轨道交通隧道可能会出现各种病害,因此定期检测和维修结构病害、及时消除安全隐患,对地铁隧道运营至关重要。使用三维激光扫描技术检测运营期的地铁隧道病害,能够提高工作效率和检测结果的准确度,同时通过与分析软件结合,可以快速得到结构病害的分布和数量情况。通过与现场病害人工检测的对比分析,该方法完全能够承担检测工作,为三维激光扫描技术在隧道检测中的应用提供了指导。

基于激光点云灰度图像的隧道渗水病害检测

地铁盾构隧道渗水检测是隧道维护的基础。针对传统的检测手段难以在隧道内部光线昏暗条件下获得高质量病害图片的问题,本文使用了激光雷达对隧道进行内部渗水检测。首先,基于激光点云灰度图中的渗水病害特征,建立了激光点云灰度图像渗水病害数据集;然后,以Mask R-CNN(Region-CNN)模型为基准框架,采用Swin transformer网络作为底层特征提取网络,实现了对隧道渗水病害的快速检测;最后,利用铁道移动测量系统在武汉采集的数据进行试验验证。试验结果表明,本文提出的改进Mask R-CNN模型的渗水病害检测精度比原算法提升了12%以上,在地铁隧道渗水病害检测中有较好的性能表现。

基于地质雷达与激光扫描的隧道检测现状分析

随着经济的快速发展,中国隧道建设也取得了显著进步,运营隧道的数量和规模都有了明显的增长,因此,运营期隧道的日常检测也逐渐成为大家所关注的问题。当前隧道病害检测方法主要分为无损检测和破损检测。破损检测影响隧道的使用寿命,所以目前的主要检测方法为无损检测。本文通过隧道无损检测相关文献的整理和分析,主要介绍应用比较广泛的地质雷达和比较有应用前景的三维激光扫描技术。首先,对地质雷达的发展和在国内外隧道工程中的应用情况进行介绍,分析地质雷达在实际工程应用中存在的问题,并提出相应建议;其次,介绍三维激光扫描技术的基本原理和常用设备,并对其在国内外一些隧道检测中的应用情况进行分析;最后,对两种检测技术在隧道检测过程中存在的问题进行总结,并提出合理建议。研究发现,采用单一技术进行隧道变形与衬砌表面情况检测,或只分析隧道衬砌厚度及衬砌背后的不密实情况,无法定量分析隧道在运营期的健康状况,无法实现对隧道经济、合理的养护。因此,多种隧道检测仪器联合使用将成为一种新的趋势,而地质雷达和三维激光扫描技术的联合使用可以内外兼顾,是隧道检测技术发展的一个方向。

沉管隧道渗漏水红外自主检测技术

针对港珠澳大桥沉管隧道内行车道及排烟道可能产生的渗漏水病害现象,采用搭载于巡检机器人的红外热成像阵列,进行图像识别。红外热成像阵列能够应对大视场、远测距、高分辨率的工作场景;图像处理算法包含预处理、图像分割、轮廓检测及决策判断等步骤,同时,当满足气象条件及轮廓内像素灰度阈值时,视为可能存在渗漏病害区域。研究结果可实现沉管隧道内主要设施巡检覆盖率达90%以上,最小渗漏检测面积0.1 m×0.1 m的技术指标,并开展实验室测试及天津中试场地实验验证指标及检测系统有效性。

移动三维激光扫描技术在隧道病害识别中的应用

隧道等地下空间工程是解决城市资源与环境危机的重要措施,是城市新基建的主要方向。开展城市地下工程基础设施普查,定期全面的"体检",是确保人民生命财产安全的关键问题。本文针对隧道病害快速识别问题,首先利用自助研发的移动三维(3D)激光扫描系统获取了隧道点云数据,进一步研究了点云数据处理方法,获取了隧道灰度影像图,然后分析了隧道病害影像的识别特征,计算了该段隧道裂缝、渗漏水、衬砌脱落等病害的位置及大小,验证了三维激光扫描技术在隧道病害检测中的可行性。

隧道智能检测车表观检测系统设计与应用研究

隧道病害对隧道正常运营造成了安全隐患,虽然当前已开展隧道病害检测相关研究,但是仍然存在图像采集质量差、检测速度慢、定位不准确等技术瓶颈。为解决上述问题,设计隧道检测车表观检测系统。该系统包括机器视觉、高精度定位、智能同步控制3个子系统,具备铁路隧道与公路隧道病害检测能力。根据铁路隧道和公路隧道的理论断面尺寸,对面阵相机图像采集系统进行设计,包括相机的选型和多个相机在3D空间中的布局等。现场测试结果表明,采用该设计方案,能够发现宽度0.2 mm的病害,为隧道养护提供科学依据和合理建议。

隧道结构健康管理大数据平台研发及应用

为有效提高隧道管养效率,在总结提炼隧道内部与表观病害类型的基础上,采用Spring Boot+MyBatis Plus架构,应用分布式的Redis和MySQL部署开发技术研发隧道结构健康管理大数据平台,并从设备管理、病害管理、大数据智能分析处理等方面进行现场应用。结果表明:1)研发出的隧道结构健康管理大数据平台能够满足对常见病害数据进行管理展示的功能要求,且界面简洁友好、使用简单方便,实现了隧道病害由传统的依据经验判断到依托数据进行科学决策的转变;2)该平台基于神经网络模型,实现了隧道表观病害的智能识别,减小了病害识别方面对人工的依赖;3)该平台支持通过PC端或移动端对病害信息进行多维度查询,解决了以前隧道病害信息获取滞后且查阅不便的问题。

铁路隧道衬砌表观病害智能检测技术

针对铁路隧道衬砌表观病害检测需求,梳理并分析技术现状,介绍隧道衬砌表观病害智能检测系统的研制情况和系统组成。提出铁路隧道衬砌表观病害智能检测面临的技术难点,分析图像快速采集、病害智能识别、病害样本库构建等智能检测关键技术。通过基于实测数据集以及现场检测复核等手段,验证铁路隧道衬砌表观病害智能检测系统关键参数。结合现场运用情况,分析铁路隧道衬砌表观病害智能检测系统运用效率。智能检测系统应用表明,铁路隧道衬砌表观病害智能检测技术可大幅提升隧道衬砌病害检测的自动化和智能化水平。

地铁隧道图像采集系统集成与病害检测技术

首先梳理了地铁隧道病害检测现状,分析了国内外同类检测系统的优缺点,进而提出一种轻量化、模块化的地铁隧道表观病害检测系统。该系统集成线阵工业相机和智能运动平台,采用单个旋转相机代替传统阵列式相机,系统整体质量小于60 kg,可全自动采集地铁隧道表面图像,数据处理软件采用图像增强、加速稳健特征算法、加速区域生成卷积神经网络算法等算法,实现了全自动图像拼接和半自动病害提取。经在工程现场应用,系统检测速度达到2.5 km/h,裂纹检测精度达到0.2 mm,可全面检测地铁隧道表面裂纹、渗漏水等病害。

基于深度神经网络的隧道裂缝检测方法

裂缝、渗水和掉块等隧道病害对隧道运行安全和使用年限有着严重影响,传统的隧道裂缝检测方法以人工检测为主,速度慢、漏检严重且无法对隧道裂缝进行长期自动化检测。本文设计了一套基于深度神经网络的面向隧道裂缝的检测系统,该系统使用隧道面阵相机采集的图像数据对隧道裂缝进行检测识别。该检测系统能够对隧道裂缝快速准确地进行检测,在检测阈值设置为0.3时,隧道裂缝的检测准确率为97.00%。经工程验证,本文所设计的系统对隧道主要病害裂缝病检测精度达到0.2 mm,满足隧道检测任务需求。

利用轻量级高分辨率特征的隧道裂缝检测方法

针对现有隧道检测车采集图像成像质量不佳,且洞壁存在大量病害相似物干扰的问题,提出了一种基于轻量化的HR(high resolution)-Net框架的隧道病害检测算法TC(tunnel crack)HR-Net。该算法保留了HR-Net的主干语义特征交换子网框架,移除其他分支子网络以降低模型体积。此外,为弥补“剪枝”操作导致的特征损失,在子网分支末端加入了SE模块,对特征的每一通道进行权重划分,以增强特征抽象水平。通过在与精细化标注隧道病害图像数据集上进行验证,本算法的mIoU指标分别达到80.21%与71.22%,高于其他对比算法,并接近HR-Net的检测结果,但是耗时比后者减少了30%。

提高电气化铁路运营隧道衬砌质量无损检测结果有效性的方法

针对部分电气化铁路隧道衬砌无损检测结果准确性不高的问题,结合大量既有线电气化铁路隧道检测数据,探讨提高检测结果准确性的有效方法。结果表明:与其他检测方法相比,地质雷达法最成熟,能够快速、准确发现隧道衬砌中绝大部分隐蔽性病害,应坚持使用以地质雷达法为主,敲击排查法等为辅的方法开展隧道衬砌质量检测工作;应根据线路特点、检测目标,合理确定检测内容、检测方法及布置测线;采用梯车杠杆平台等现场检测方式可大量减少检测盲区,提高检测效率;应加强检测现场定位的准确度和专业处理技术,检测结果要客观公正、全面审慎。从这些方面严格落实,可大幅提高电气化铁路运营隧道衬砌质量无损检测结果的有效性。