研發(fā)背景

大直徑盾構(gòu)管片在生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中,不可避免地會(huì)出現(xiàn)裂紋、剝落、銷釘缺失、密封件錯(cuò)位等缺陷。因此,大直徑盾構(gòu)管片從生產(chǎn)到安裝的各個(gè)環(huán)節(jié),都需要進(jìn)行控制、檢查和記錄,特別是進(jìn)行安裝前的最終質(zhì)量檢查尤為重要。

隨著自動(dòng)管片拼裝技術(shù)的不斷發(fā)展,許多承包商期望盾構(gòu)內(nèi)的管片質(zhì)量檢查流程也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,以進(jìn)一步減少施工現(xiàn)場(chǎng)所需的工作人員。

依靠傳統(tǒng)的圖像識(shí)別技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)內(nèi)的管片缺陷檢測(cè)任務(wù),因?yàn)槎軜?gòu)前端狹小的空間使得攝像頭的位置選擇非常受限,幾乎不可能正對(duì)需要檢測(cè)的面,只能以傾斜視角進(jìn)行拍攝;此外,不同管片、不同盾構(gòu)視角的傾斜角度也會(huì)不同。

除了拍攝角度外,盾構(gòu)內(nèi)的照明、灰塵、油污和振動(dòng)也會(huì)對(duì)圖像識(shí)別產(chǎn)生不利影響,這些因素都加大了盾構(gòu)內(nèi)管片缺陷檢測(cè)軟件的開發(fā)難度。

技術(shù)發(fā)展

1)傾斜視角問題。傾斜的拍攝視角是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化缺陷檢測(cè)的主要難點(diǎn)。開發(fā)者最初計(jì)劃通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法,直接訓(xùn)練AI識(shí)別傾斜的畫面,但不同的隧道項(xiàng)目所用盾構(gòu)和管片不同,盾構(gòu)內(nèi)攝像頭的部署位置和畫面的傾斜角度也不同,這意味著AI需要針對(duì)每個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行單獨(dú)訓(xùn)練以適應(yīng)新的角度。

為每個(gè)項(xiàng)目單獨(dú)進(jìn)行訓(xùn)練成本太高,因此,開發(fā)者開發(fā)了專用的3D姿態(tài)估算法來解決傾斜視角問題;專門準(zhǔn)備了1臺(tái)攝像機(jī)對(duì)管片進(jìn)行整體監(jiān)控,以獲取并計(jì)算管片當(dāng)前的3D姿態(tài)。借助3D姿態(tài)數(shù)據(jù),通過軟件分析和調(diào)整傾斜的畫面,讓AI能夠進(jìn)行圖像識(shí)別,無需關(guān)心管片本身的幾何形狀和攝像機(jī)的拍攝角度。

2)惡劣環(huán)境問題。為便于對(duì)管片進(jìn)行最終質(zhì)量檢測(cè),將攝像設(shè)備部署在盾構(gòu)前部,這意味著灰塵、油污、振動(dòng)和不佳的照明都會(huì)對(duì)圖像識(shí)別產(chǎn)生不利影響。為避免這個(gè)問題,開發(fā)者為每臺(tái)攝像機(jī)制作了1個(gè)定制外殼,以防止污物進(jìn)入并保護(hù)其免受振動(dòng)影響;開發(fā)者還使用了高精度的攝像機(jī),能夠在不佳的照明條件下工作。

有時(shí)候,灰塵和照明會(huì)導(dǎo)致一些誤判,此時(shí)需要依靠人工對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行分析及對(duì)系統(tǒng)的靈敏度進(jìn)行調(diào)整。

應(yīng)用與發(fā)展

開發(fā)者已經(jīng)在不同的隧道項(xiàng)目和環(huán)境中進(jìn)行了測(cè)試性的使用,驗(yàn)證了系統(tǒng)的通用性和可靠性。為了讓現(xiàn)場(chǎng)工作人員能夠便利地使用,開發(fā)團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單易用的操作界面,現(xiàn)場(chǎng)工作人員只需要簡(jiǎn)單的培訓(xùn)就可以掌握使用方法。通過這個(gè)界面,工作人員可以調(diào)整系統(tǒng)的設(shè)置、系統(tǒng)狀態(tài)或者調(diào)取過去的檢測(cè)結(jié)果。

未來,開發(fā)者計(jì)劃給檢測(cè)設(shè)備加裝3D相機(jī)和激光雷達(dá),這樣這套系統(tǒng)就可以檢測(cè)包括尺寸精度在內(nèi)的更多數(shù)據(jù)。