摄影测量、激光扫描、红外热像——新型隧道检测技术能否替代人工现场检测？

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上海市土木工程学会

小编语

为了解决传统人工现场检测的缺陷和问题，世界各地的隧道运营商开发了各类基于图像采集技术，非接触式雷达的新型隧道检查工具。但迄今为止，行业内依旧缺乏关于这类新型隧道检查工具的相关规定和使用指南，使得这些工具难以得到广泛的应用。在今年的国际隧协大会上，来自法国布朗的隧道研究中心分享了他们对此进行研究和所做的工作，让我们一起来了解一下吧！

研究背景

传统的隧道病害检测流程中，隧道必须在停运后进行人工检测；对于运作繁忙城市地铁来说，此类检测只能在深夜进行，而这种间断性的夜间人工检测存在很多问题和隐患。

地铁隧道内的人工检测

为此世界各地的隧道运营商开发了各类基于图像采集技术和非接触式雷达的新型隧道检查工具，期望能够快速扫描隧道结构，建立起具有高清晰度和逼真纹理的图像模型，使工作人员可以完全依托扫描数据，远程对隧道状态进行分析。

装备雷达和激光测量设备的隧道检测车

（日本MIMM-R系统）

但是目前行业内缺乏关于这类新型隧道检查工具的相关规定和使用指南，不同隧道运营商开发的设备标准各不相同，这使得新技术难以得到推广和认可。

装备工业高速相机和热成像设备的隧道检测车

（美国湾区地铁隧道检测系统）

研究过程

有鉴于此，法国布朗的隧道研究中心与两家隧道运用商，以及一些相关设备制造商合作开展了⼀项实验研究，旨在了解新型隧道检查工具的具体性能，并最终制定出一份技术指南。 本次研究主要针对三种目前最常用的检测技术：摄影测量、激光扫描和热成像，研究人员在设备制造商的配合下开发了对应的实验用检测设备。

实验设备

研究人员选择了4条不同的隧道作为试验场地，这4条隧道包括了不同的横截面形状，不同的衬砌材料，并且存在各类典型的隧道病害（裂缝、进水、局部混凝土剥落）。

实验中使用的检测设备和测试环境

本次实验的主要目标是测试这些创新性的检测工具是否能够检测出与传统检测相同的缺陷，同时了解哪些因素会对检测的结果产生影响。

初步成果

经过初步的实验，研究人员认为优质的检测数据确实可以部分代替人工现场检测，但是要获取优质的检测数据并不容易，有诸多因素会对收集到的数据产生影响。 研究人 员们列出并分析了影响数据质量的2个关键因素：

■速度

在实验过程中，研究人员们发现探测仪器在隧道内的移动速度会显著影响检测数据的质量。

设备以10km/h（上图）和4km/h（下图）的速度穿过隧道时采集的图像。裂纹的清晰度有明显的差别。

通常来说扫描设备通过的速度越快，采集的数据质量就越低，例如对于激光扫描来说，较高的速度会增加激光间距，进而降低点云的密度，导致最终输出质量较低的图片。 虽然大部分隧道运用商都期望新型隧道检查工具能够帮助他们减少检查流程的时间，但如何把握速度与数据质量之间的平衡，是需要进一步研究的问题。 并且不同类型的检测设备对速度的要求也各不相同。

■环境

隧道内的环境会对检测数据的质量产生很大的影响。例如对于相机来说照明就是一个非常关键的因素。并且 研究人员还发现：检测过程中的照明不仅需要充足，还需要均匀。 因为不均匀的照明会使得一些缺陷因为亮度差别而难以被发现到。

实验现场

此外，温度和湿度同样对检测数据的质量影响很大，衬砌表面存在水滴可能会影响照片的清晰度并使激光信号发生偏差。而隧道内的温度则会对用于检测渗水情况的热成像设备产生影响。 同时，隧道内的路面的情况需要考虑的环境因素之一，实验发现，崎岖的路面会对隧道顶拱的数据采集造成严重的影响。

结 语

小编认为，新型隧道检查工具距离广泛应用还有很漫长的路要走，但随着技术的不断发展，终有一天，我们会拥有高效且准确的隧道病害探测方法。END往 期 回 顾 新刊 庆祝 关注我们点击图片，识别二维码 微信公众号 / 土木科技期刊 / 土木视界

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