德国推出首个交通基础设施多模态检测系统 可同时检测多项参数

2020-08-15 15:01:42
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鉴于极端天气事件可能会对铁轨、公路、隧道及桥梁等交通基础设施造成破坏,德国弗劳恩霍夫物理测量技术研究所(IPM)推出了一种新型3D激光扫描仪,并在此基础上开发了一款隧道检测系统(TIS),可在两种不同的激光波长下工作。与基于摄像头的监测方法不同,TIS系统可在不良光照条件下工作。除能捕获隧道、桥梁及其他结构的几何形状外,该系统还具有独特的、可测量结构物表面湿度的能力,为目前首个可同时测量结构物几何形状(3D数据)、开裂情况及湿度等多个参数的多模态系统,节约成本的同时还可提高结构物检查效率。

采用全球同类产品中最快的激光扫描仪

安装在测量车上的扫描仪可以高达80km/h的速度扫描基础设施结构,测量其整体几何形状,并在随后的检测中监测其结构变化。也因此,TIS系统每秒可捕获200万个测量点。而借助于旋转镜,测量光束可在360°的半径范围内每秒偏转200次,以确保覆盖测量对象。这也使其成为全球同类产品中最快的扫描仪,最大测量距离达80m,测量精度达毫米级,扫描结果为3D点云模型。该系统还可在恶劣条件下工作,对冷热均有良好的耐受性,工作温度范围在–50℃~+50℃之间。另外,传统激光扫描仪一般采用飞行时间测距法。TIS系统采用的则是更复杂的相移法:根据发射信号和接收信号间的相移,来计算光到达目标及其返回发射点所需花费的时间。结构物表面湿度则通过发射两束不同波长(1320nm和1450nm)的共线激光来加以测量。因其被水吸收的程度不同,且具有特定性,根据所测信号强度差异性即可计算出隧道内壁表面的水分含量。

机器学习让系统分析更加高效

测量结束后,扫描仪将生成高分辨率的地理参考数据,并对其进行基于机器学习的分析。利用专门开发的算法,系统自动检测出待测区域的全部物体,例如一根灯杆,或是一条墙壁裂缝。随后,系统将这些信息分配给每个数据点,以指定其所属的对象,这也是自动派生全面地图资料的基础。而在算法能够解释测得的数据之前,最大的挑战是建立一个适合训练的数据库。为此,研究人员已收集了大量的数据,用于对该算法的训练。

尺寸紧凑且免维修

TIS为自包含、封闭系统,用于激光束偏转的旋转元件封装在玻璃筒内,使整个系统坚固、耐用,且无需维护。尽管系统目前尚处于原型阶段,但已在瑞士的某一隧道中执行了系列初始测量。研究人员的目标是让成品尺寸更加紧凑,仅30*30*30cm大小。下一步,研究人员将在公路和铁路上对该系统进行实地测试。

(资料来源:techxplore)


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