ts3隧道三維激光紅外車載掃描系統(tǒng)方案

1、德國SPACETEC企業(yè)TS3隧道三維激光紅外車載掃描系統(tǒng)第1頁全國已建成公路、鐵路及地鐵隧道統(tǒng)計截止年底，全國運(yùn)行鐵路隧道共計5197座，2954.33公里，公路隧道共計11359座，9605.6公里，地鐵已建成2518.6公里，在建2975.58公里。第2頁隧道定期檢測目找出隧道襯砌表面全部病害；準(zhǔn)確判斷病害是否發(fā)展；為業(yè)主養(yǎng)護(hù)提供科學(xué)依據(jù)和合理提議。第3頁養(yǎng)護(hù)業(yè)主期望合理價格；全方面而準(zhǔn)確查；科學(xué)而合理提議第4頁 當(dāng)前絕大多數(shù)隧道定時檢測采取傳統(tǒng)人工+高空作業(yè)臺車方式；很多定檢均是由私人掛靠在做檢測，基本都是流于形式，甚至根本就沒有做檢測，造成業(yè)主極為不滿，使得檢測價格就像以前監(jiān)理業(yè)務(wù)一

2、樣越做越低，所以，傳統(tǒng)檢測方式最終會被全部淘汰。 定時檢驗(yàn)現(xiàn)實(shí)狀況：第5頁傳統(tǒng)檢測方式缺點(diǎn)：速度慢、時間長、效率差；需要長時間封閉交通；環(huán)境惡劣、空氣差；能見度低；安全風(fēng)險高；隨意性大；流于形式；不能準(zhǔn)確表示和統(tǒng)計裂縫形態(tài)和性質(zhì)；不能電子化存放；不能準(zhǔn)確判斷裂縫是否發(fā)展。第6頁兩種新技術(shù)激光+紅外技術(shù)：代表產(chǎn)品：德國TS3、瑞士GRP5000照片拼接技術(shù)：日本MIMM、韓國、中國武大卓越企業(yè)TFS第7頁國內(nèi)應(yīng)用情況后云南部分隧道采取瑞士安伯格企業(yè)GRP5000設(shè)備檢測；年后國內(nèi)又引進(jìn)了德國spacetec企業(yè)TS3型隧道三維激光紅外車載檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)在重慶、廣東、青海及陜西進(jìn)行了應(yīng)用。當(dāng)前云

3、南交科院、四川省設(shè)計院、廣東華路等單位均已確定購置這類新設(shè)備。第8頁兩大技術(shù)對比第9頁武大卓越企業(yè)產(chǎn)品第10頁各種設(shè)備性能參數(shù)比較表德國TS-3歐洲同類國內(nèi)亞洲檢測功效變形、開裂、滲漏水、露筋、掉塊變形、開裂、露筋變形、開裂、滲漏水、露筋、通風(fēng)、照度變形、開裂、露筋檢測方式激光+紅外線激光高清相機(jī)+激光+紅外高清相機(jī)檢測范圍全幅(360)全幅半幅(除路面和邊墻底部)半幅(除路面和邊墻底部)分辨精度0.2mm(3000000點(diǎn)/s)0.3mm(1000000點(diǎn)/s)0.2mm(2073600像素)0.2mm數(shù)據(jù)處理方式帶三維坐標(biāo)圖片+紅外溫度圖像帶三維坐標(biāo)圖片照片拼接照片拼接是否能測量斷面尺寸數(shù)

4、據(jù)能夠測量任意斷面尺寸能夠不能夠不能夠（因?yàn)闆]有激光測距功效）檢測速度5km/h23km/h1080km/h1080km/h（中途碰到慢車或停頓怎么辦？因?yàn)閮蓚?cè)速度要基本一致）交通管制需要(一遍)需要(一遍)不需要(兩遍或三遍)不需要(兩遍或三遍)適用范圍公路、鐵路、城市地鐵及輕軌公路、鐵路、城市地鐵及輕軌公路公路對比功效可進(jìn)行病害發(fā)展對比不能進(jìn)行病害發(fā)展對比不能進(jìn)行病害發(fā)展對比可進(jìn)行病害發(fā)展對比優(yōu)勢TS3優(yōu)勢：圖片更清楚，可對病害發(fā)展進(jìn)行對比TS3優(yōu)勢：360掃描、圖片更清楚、可對病害發(fā)展進(jìn)行對比、安裝更靈活，適用范圍更廣。TS3弱點(diǎn)：速度相對較慢TS3優(yōu)勢：360掃描、圖片更清楚、安裝更靈

5、活，適用范圍更廣；找滲漏水更準(zhǔn)確可靠。TS3弱點(diǎn)：速度相對較慢第11頁 TS3隧道三維激光紅外車載掃描系統(tǒng)德國SPACETEC企業(yè)激光紅外技術(shù) http:/www.spacetec.de第12頁 系統(tǒng)原理 系統(tǒng)硬件及軟件介紹 檢測結(jié)果及應(yīng)用范圍 系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢 實(shí)際工程應(yīng)用案例 經(jīng)典病害結(jié)果圖片第13頁 系統(tǒng)原理第14頁 隧道三維激光掃描系統(tǒng)是由德國SPACETEC企業(yè)生產(chǎn)、世界最先進(jìn)技術(shù)隧道檢測系統(tǒng)，是一個全新隧道檢測方法，利用非接觸測量技術(shù)對隧道外觀質(zhì)量如襯砌裂縫、露筋、滲漏水等進(jìn)行檢測，其使用測量介質(zhì)為激光和紅外線。第15頁隧道襯砌表觀圖像任意部位橫斷面圖紅外溫度圖像第16頁 系統(tǒng)硬件及軟

6、件介紹第17頁該檢測系統(tǒng)硬件主要由四部分組成： 帶電鏡驅(qū)動和控制器360度掃描頭 兩套同時數(shù)據(jù)采集和存放系統(tǒng) 配套改裝運(yùn)載車輛 輔助測量設(shè)備第18頁主要性能：高達(dá)300Hz旋轉(zhuǎn)速度：鏡頭旋轉(zhuǎn)速度是影響測量速度一個關(guān)鍵性能指標(biāo)。360度視角統(tǒng)計：一次統(tǒng)計掃描能用360度視角對襯砌及路面表面進(jìn)行全方面統(tǒng)計。360度上10000像素分辨率：三個統(tǒng)計頻道像素密度是一樣，這么統(tǒng)計結(jié)果有利于裂縫識別。帶電鏡驅(qū)動和控制器360度掃描頭第19頁主要性能：兩套統(tǒng)計和存放系統(tǒng)：同時統(tǒng)計和存放數(shù)據(jù)，一臺用于測量，另一臺可用于檢驗(yàn)和暫時數(shù)據(jù)處理，便于分析數(shù)據(jù)正確性，加緊工作進(jìn)度。三個同時統(tǒng)計頻道：在一次統(tǒng)計掃描下，T

7、S3能生成一張隧道表面像片、熱影成像圖片和斷面尺寸數(shù)據(jù)圖片，允許進(jìn)行計算機(jī)組合，生成各種不一樣分析結(jié)果。兩套同時數(shù)據(jù)采集和存放系統(tǒng)第20頁最大靈活性 TS3隧道掃描儀能安裝在任何只要有足夠安放掃描儀和操作平臺空間，且能提供對應(yīng)載重能力運(yùn)輸機(jī)車上。這能夠是像小型貨車和小客車等公路交通工具，也能夠是任何能描述軌道車輛。這使得掃描系統(tǒng)可適合用于任何應(yīng)用，不論是公路、鐵路還是城市輕軌地鐵隧道，也可適合用于能源隧道和水工隧道。配套改裝運(yùn)載車輛第21頁激光測量校準(zhǔn)設(shè)備 經(jīng)過一定使用時間后，應(yīng)對激光測量圖像顏色進(jìn)行校正，以確保測量圖像真實(shí)性，預(yù)防失真現(xiàn)象。靜態(tài)測量設(shè)備 檢測前須對激光頭高度、系統(tǒng)傾斜角度等進(jìn)

8、行測量，測量數(shù)據(jù)用于對隧道檢測數(shù)據(jù)幾何校正分析。 輔助測量設(shè)備第22頁工作參數(shù)以下：掃描頭工作頻率：旋轉(zhuǎn)速度可達(dá)250300Hz(即掃描頭每秒可旋轉(zhuǎn)250300轉(zhuǎn))螺旋線縱向間距：相鄰兩條掃描測線縱向間距為25mm掃描精度：每條掃描線(360范圍)10000激光測點(diǎn)，25000003000000點(diǎn)/秒第23頁 隧道檢測數(shù)據(jù)處理主要流程以下： 數(shù)據(jù)分解 數(shù)據(jù)過濾 幾何校正 溫度校正 病害標(biāo)識 圖像查看 動畫演示 匯報打印與出版從原始數(shù)據(jù)分解為三通道(表面圖像、溫度、幾何尺寸)數(shù)據(jù)去除奇異點(diǎn)(如漫反射)糾正車輛行駛過程中發(fā)生偏移、傾角改變等造成幾何誤差利用溫度統(tǒng)計板測量數(shù)據(jù)修正統(tǒng)計溫度數(shù)據(jù)，利于判

9、斷滲漏水等從處理圖像中依據(jù)規(guī)則標(biāo)識襯砌開裂、露筋、滲漏水等病害利用處理圖像查看隧道細(xì)節(jié)，如裂縫、露筋、襯砌表觀細(xì)節(jié)等以檢測員本身在隧道內(nèi)行走檢測視角看隧道表觀狀態(tài)第24頁重點(diǎn)介紹三個功效軟件：病害標(biāo)識軟件tunnel-inspector數(shù)據(jù)分析工具Tuview動畫演示軟件Tudrive第25頁病害標(biāo)識 依據(jù)數(shù)據(jù)處理后得到實(shí)際圖譜，與預(yù)設(shè)病害標(biāo)準(zhǔn)圖對比分析，分別對應(yīng)標(biāo)識對應(yīng)病害現(xiàn)象如不一樣寬度襯砌裂縫、不一樣狀態(tài)滲漏水、露筋、襯砌掉塊等。病害標(biāo)識軟件tunnel-inspector第26頁數(shù)據(jù)統(tǒng)計功效：能以合理和可選擇性方式列表或統(tǒng)計分析各型病害分布及總量情況，便于開展分段評定和數(shù)據(jù)整理工作。對

10、比分析功效：能將檢測工作前后兩次數(shù)據(jù)重合，從而分析各部位病害發(fā)展和改變情況，對判斷病害發(fā)展趨勢含有主要作用。第27頁 數(shù)據(jù)分析工具軟件較為簡單、直觀，使用測量數(shù)據(jù)，把隧道分析搬進(jìn)室內(nèi)，用不一樣功效鍵實(shí)現(xiàn)諸如搜索一個特定點(diǎn)、縮放輪廓顯示與定位范圍、改變亮度及對特定現(xiàn)場進(jìn)行分析。 隧道斷面完全360范圍顯示 三通道（圖像，溫度及幾何）同時顯示數(shù)據(jù)分析軟件Tuview第28頁細(xì)部觀察：能夠選擇某一細(xì)部，然后進(jìn)行全分辨率觀察。有不一樣選項(xiàng)可供選擇來以最正確效果顯示細(xì)部圖像，比如能夠經(jīng)過改變視角以取得最正確觀察效果。 測量：能夠測量三維圖像中任意兩個有效點(diǎn)或者兩個分開橫截面間距離。第29頁凈空繪圖：可經(jīng)

11、過實(shí)物或限界對隧道凈空進(jìn)行查對，并可生成對應(yīng)結(jié)果圖像。 地理坐標(biāo)：假如有隧道地理位置數(shù)據(jù)而且可參考國家坐標(biāo)進(jìn)行變換，就能夠?qū)⑺淼缹?shí)際地理環(huán)境模擬顯示。 第30頁高分辨率細(xì)節(jié)顯示（圖像放大） 對比度和亮度顯示改變 細(xì)節(jié)三維展示及三維放縮 選擇剖面為CAD程序輸出DXF文件 選擇剖面輸出整齊對應(yīng)數(shù)值，如x/y值 帶有可自由選擇顏色和臨界距離凈空圖 軌跡位置改變模擬 體積計算（比如，開裂體積，填充體積） 生成圖像冊打印功效（連續(xù)打印功效） 第31頁TuDrive軟件不但可使使用者對隧道進(jìn)行三維動態(tài)可視化建模，使隧道檢測數(shù)據(jù)圖形化后盡收眼底，而且還提供了許多其它有用功效。 導(dǎo)航：TuDrive允許使用

12、者自由移動，比如能夠可變速度向前或向后移動，或者移動到某一確定點(diǎn)；能夠分開或同時并列顯示可視化圖像或熱感應(yīng)圖像；能夠預(yù)先設(shè)定圖像移動然后再播放；還能夠?qū)崟r顯示改變曲線。 動畫演示軟件Tudrive第32頁 現(xiàn)場檢測及檢測結(jié)果第33頁交通組織 交通組織較為靈活，當(dāng)具備完全封閉條件時，最好封閉交通進(jìn)行檢測。但普通情況下，尤其是交通量大高速公路，可選擇晚上交通量相對較小時間段，采取分段暫時交通管制方法，降低對公路營運(yùn)影響。對個別無法中止交通隧道，也可僅封閉一個行車道進(jìn)行檢測。 第34頁車輛行駛位置 現(xiàn)場檢測時，可依據(jù)實(shí)際情況確定，采取方向指示輔助系統(tǒng)均可確保車輛沿隧道軸線方向行駛。 具備隧道封閉條件

13、時，可選擇沿隧道中線行駛，使得隧道左右側(cè)部位檢測分辨率一致。提議方式。第35頁 不具備隧道封閉條件時可選擇封閉單車道，沿隧道一側(cè)車道行駛，另一側(cè)用于通車。因檢測車輛與行駛車輛速度差很大，所以行駛車輛在處理后隧道圖像中長度通常不超出1m。 第36頁現(xiàn)場檢測工作開展方式：封閉單車道或用警報車尾行押車均可，檢測速度5km/h第37頁檢測結(jié)果：襯砌表觀圖像數(shù)據(jù)紅外溫度數(shù)據(jù)襯砌內(nèi)凈空尺寸數(shù)據(jù)結(jié)果展現(xiàn)方式:照片式外觀病害展布圖紅外溫度數(shù)據(jù)圖片任意橫斷面截圖局部細(xì)節(jié)展示動畫演示隧道檢測過程第38頁照片式襯砌外觀病害展布圖第39頁襯砌表觀圖像紅外溫度圖像第40頁襯砌斷面內(nèi)凈空截圖第41頁局部細(xì)節(jié)展示檢測過程及

14、結(jié)果動畫演示第42頁 該系統(tǒng)當(dāng)前主要應(yīng)用于運(yùn)行隧道襯砌外觀檢測，適合用于隧道交完工、定時、專題或特殊檢測，依據(jù)當(dāng)前隧道養(yǎng)護(hù)現(xiàn)實(shí)狀況，該系統(tǒng)尤其適合用于隧道定時檢測和專題檢測。第43頁 系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢第44頁與傳統(tǒng)人工檢測相比，系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：自動化程度高：該儀器搭載于檢測車輛上，經(jīng)過發(fā)射激光信號自動檢測隧道外觀病害，只需檢測車輛在隧道內(nèi)通行一次，即可完成整個檢測過程。隧道三維激光掃描儀完成現(xiàn)場檢測后，全部檢測數(shù)據(jù)均可實(shí)現(xiàn)實(shí)時電子化存放。檢測精度高，結(jié)果客觀真實(shí)：能該系統(tǒng)利用外觀圖像、溫度圖像及現(xiàn)場觀察等三種方法對襯砌滲漏水病害進(jìn)行準(zhǔn)確判定，同時對襯砌任何部位0.2mm以上裂縫均能準(zhǔn)確識別，能克服

15、人眼觀察距離有限、存在遺漏缺點(diǎn)。照片式外觀圖像能形象真實(shí)客觀反應(yīng)病害形態(tài)、走向、分布等參數(shù)，能克服人工統(tǒng)計和繪制時隨意性。第45頁準(zhǔn)確判斷病害發(fā)展：系統(tǒng)數(shù)據(jù)和結(jié)果采取電子化方式存放，能夠?qū)v年檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，準(zhǔn)確判斷病害發(fā)展情況，為病害是否處治和怎樣處治提供科學(xué)依據(jù)。檢測速度快，對交通影響小：當(dāng)前慣用目測或配合使用高空作業(yè)車等檢測方法速度慢，需要長時間封閉行車道進(jìn)行檢測，對交通影響較大。隧道三維激光掃描系統(tǒng)檢測速度快，僅需暫時或間斷封閉隧道，比人工分區(qū)域檢測時間最少節(jié)約50%以上,非常適合于車流量較大高速公路養(yǎng)護(hù)檢測。對隧道滲漏水敏感：該系統(tǒng)使用激光和紅外線同時對隧道襯砌表面進(jìn)行掃描檢測，除

16、能檢測到隧道襯砌表面顯著滲漏水外，還可經(jīng)過溫度感知方式探測隱蔽于隧道襯砌背后潛水，為全方面處治隧道水害提供了可能性。第46頁功效全方面：該檢測系統(tǒng)除能檢測到適用常規(guī)方法探測到隧道常見病害，如襯砌開裂、滲漏水、掉塊、露筋、蜂窩麻面等病害外，還能經(jīng)過激光測距檢測隧道斷面尺寸。檢測車一次掃描完成后，即可得到整個隧道斷面尺寸，能夠用于判斷隧道凈空尺寸與設(shè)計斷面尺寸及建筑限界相關(guān)關(guān)系，深入確保隧道內(nèi)行車安全。反饋直接：該系統(tǒng)使用激光和紅外線對襯砌表面進(jìn)行掃描，能夠獲取隧道襯砌表面及機(jī)電設(shè)施影像資料，經(jīng)處理后能夠用圖片形式還原其真實(shí)形態(tài)，相當(dāng)于將隧道全景攝影，可直觀了解隧道整體情況。 第47頁 測量時經(jīng)典行進(jìn)速度是每小時5公里，測量1公里隧道所需要時間大約為12分鐘，相比傳統(tǒng)人工測量方法大大節(jié)約工作時間。傳統(tǒng)人工檢測三維激光掃描系統(tǒng)檢測第48頁第49頁 實(shí)際工程應(yīng)用案例第50頁序號項(xiàng)目名稱隧道數(shù)量(座)隧道長度(km)備注1G65包茂高速公路彭黔、黔酉段隧道定時檢驗(yàn)3183直接委托2重慶奉恩路隧道定時檢驗(yàn)610直接委托3重慶草統(tǒng)路隧道定時檢驗(yàn)24直接委托4重慶渝遂高速公路隧道定時檢驗(yàn)29直接委托5青海省高速公路隧道定時檢驗(yàn)1644直接委托6廣東二廣高速公路隧道定時檢驗(yàn)79直接委托7山西太(原)長(治)高速公路榆社隧道12.