侯娜

遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)研發(fā)中心 遼寧沈陽(yáng) 110111

激光成像技術(shù)在公路隧道檢測(cè)中的應(yīng)用

侯娜

遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)研發(fā)中心 遼寧沈陽(yáng) 110111

公路隧道檢測(cè)對(duì)于保證交通運(yùn)輸安全具有十分重要的作用，本文基于對(duì)公路隧道檢測(cè)中應(yīng)用激光成像技術(shù)的基本原理進(jìn)行了較深入地探討，并分析處理檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果，對(duì)于促進(jìn)激光成像技術(shù)的應(yīng)用具有十分積極的意義。

激光成像技術(shù)；隧道檢測(cè)；數(shù)據(jù)采集

1.前言

激光是二十世紀(jì)以來(lái)，繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后的又一重大發(fā)明。光由物質(zhì)原子中發(fā)射出來(lái)，原子獲得能量后處于不穩(wěn)定狀態(tài)，被稱為激發(fā)狀態(tài)，它將以光子形式發(fā)射能量。電燈泡等普通光源發(fā)來(lái)各不相同的光子，而不團(tuán)結(jié)跑向各個(gè)方向。激光是被激發(fā)的光子隊(duì)列，具有相同光學(xué)特性的光子隊(duì)列保持一致步調(diào)，因此具有很大威力。激光是由英文LASER音譯而成，是指擴(kuò)大的受激輻射光。激光的英文名已充分表述了激光制造的過(guò)程，1916年美國(guó)物理學(xué)家愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)了激光原理，根據(jù)我國(guó)著名科學(xué)家錢學(xué)森建議，1964年將“光受激輻射”改稱激光，隨著近年來(lái)，激光技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已得到十分廣泛的應(yīng)用。

激光成像主要是利用激光束對(duì)物體進(jìn)行掃描后，根據(jù)反射回來(lái)的反射光束獲得不同排布順序而形成圖像，利用圖像落差對(duì)成像進(jìn)行反映。激光成像具有超視距的探測(cè)能力，可廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星激光掃描成像，未來(lái)應(yīng)用于遙感測(cè)繪、激光解析電離成像技術(shù)、激光掃描顯示等眾多科技領(lǐng)域。

2.公路隧道應(yīng)用激光成像技術(shù)檢測(cè)的原理

激光成像技術(shù)應(yīng)用的軟件系統(tǒng)包括前端信息數(shù)據(jù)采集與后臺(tái)信息數(shù)據(jù)分析兩個(gè)系統(tǒng)。通常情況下，采集、存儲(chǔ)及整合公路隧道的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)信息時(shí)，主要在前端信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中應(yīng)用激光成像技術(shù)。采用圖像形式對(duì)整理好的信息迅速處理，進(jìn)而生成二、三維圖像，直至形成數(shù)據(jù)結(jié)果分析報(bào)表。結(jié)合隧道數(shù)據(jù)采樣密度要求及空間分布狀況，激光掃描傳感器將激光測(cè)量光束采用光學(xué)掃描方式向被測(cè)物體表面進(jìn)行精確投射，受反射作用影響，采用天線回收反射波，最后采用信號(hào)處理器處理收集的數(shù)據(jù)信號(hào)成像。全過(guò)程應(yīng)根據(jù)采樣要求嚴(yán)格執(zhí)行，但對(duì)測(cè)量光束發(fā)射和對(duì)反射波采用激光掃描傳感器采集過(guò)程中，有關(guān)人員可采用激發(fā)成像技術(shù)記錄反射波信號(hào)強(qiáng)度。由于隧道物質(zhì)表面具有不同介質(zhì)而使得其反射系數(shù)也各不相同，導(dǎo)致產(chǎn)生不同強(qiáng)度的反射波信號(hào)。采用信號(hào)處理服務(wù)器將不同信號(hào)強(qiáng)度的信號(hào)向灰度圖像轉(zhuǎn)化后進(jìn)行計(jì)算，灰度值不同可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)公路隧道的成像。

3.分析處理公路隧道的檢測(cè)數(shù)據(jù)

激光成像技術(shù)在處理分析公路隧道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的過(guò)程中，主要是在后端信息數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中體現(xiàn)，系統(tǒng)主要用于分析處理采集的數(shù)據(jù)結(jié)果并生成相應(yīng)報(bào)表。在斷面顯示設(shè)置中將由前端信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整理的數(shù)據(jù)信息向灰度轉(zhuǎn)化，直至將公路隧道內(nèi)部表面生成全息展示圖。而生成報(bào)表是修正信息數(shù)據(jù)后，以二維或三維圖像的形式采用系統(tǒng)邏輯分析運(yùn)算展示公路隧道內(nèi)部病害情況，以利于有關(guān)技術(shù)人員獲得檢測(cè)報(bào)表。激光成像技術(shù)應(yīng)用于公路隧道檢測(cè)中可將隧道基本輪廓圖進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，在現(xiàn)場(chǎng)利于有關(guān)技術(shù)人員實(shí)施初步測(cè)量估算。在相關(guān)數(shù)據(jù)信息得到后，由專業(yè)人員與隧道圖像信息及專用數(shù)據(jù)處理軟件相結(jié)合對(duì)其處理。根據(jù)采集獲得的隧道表面圖像初步判斷隧道中可能存在的隱藏病害，并在數(shù)據(jù)庫(kù)中及時(shí)存入檢測(cè)得到的有關(guān)病害信息，以利于日后采取修復(fù)處理措施。還可統(tǒng)計(jì)分析探測(cè)得到的病害，利于有關(guān)技術(shù)人員實(shí)施后續(xù)工作。

通常情況下，在對(duì)公路隧道檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，可根據(jù)以下流程分步實(shí)施。首先，采用激光掃描測(cè)量隧道，處理采集到的有關(guān)數(shù)據(jù)信息，再將處理的圖像向信息管理系統(tǒng)導(dǎo)入，由軟件系統(tǒng)判讀圖像后，評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，最后，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果形成隧道砌襯病害的檢測(cè)報(bào)告。

4.分析具體實(shí)例的應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，結(jié)合采用激光成像技術(shù)檢測(cè)正在安全應(yīng)用的公路隧道的具體案例開(kāi)始分析研究，初步探討激光成像技術(shù)在隧道檢測(cè)中的探測(cè)效果。探測(cè)人員應(yīng)用激光成像技術(shù)分析處理前端的有關(guān)信息數(shù)據(jù)，并與斷面顯示畫(huà)面相結(jié)合初步判斷隧道表面發(fā)生病害的具體部位，再利用后端信息數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)的邏輯運(yùn)算作用，定量分析公路隧道病害。在檢測(cè)過(guò)程中，軌道小車運(yùn)行勻速、平穩(wěn)，確保技術(shù)人員可有效采集公路隧道信息數(shù)據(jù)。在對(duì)公路隧道襯砌表面病害進(jìn)行處理的過(guò)程中，將獲得的病害掃描圖像與圖像信息管理系統(tǒng)相結(jié)合，標(biāo)明分布在隧道內(nèi)避車洞、接觸網(wǎng)等設(shè)施及襯砌表面發(fā)生掉塊、滲水、裂紋、腐蝕等病害的具體部位，利用統(tǒng)計(jì)分析法定量評(píng)價(jià)公路隧道的病害程度。由上述步驟可發(fā)現(xiàn)，激光成像技術(shù)應(yīng)用在公路隧道檢測(cè)中不只是使最終的檢測(cè)報(bào)表及時(shí)迅速的自動(dòng)獲得，還可以獲得隧道發(fā)生具體病害情況的掃描圖像，使隧道檢測(cè)明顯提高效率和準(zhǔn)確性。

在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，對(duì)比隧道數(shù)據(jù)分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可發(fā)現(xiàn)還應(yīng)深入解決有關(guān)技術(shù)問(wèn)題，才可確保激光成像技術(shù)得到預(yù)期效果。針對(duì)季節(jié)性滲水病害問(wèn)題進(jìn)行處理時(shí)，難以確保隧道無(wú)水滲出而水痕跡留在隧道壁的情況下，在圖像中可甄別出滲水病害是否存在。此外，在白天對(duì)隧道洞口位置的裂紋進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可能由于受到光線影響而難以全部識(shí)別裂紋。除此之外，在裂紋與隧道壁具有比較接近的顏色時(shí)，對(duì)裂紋識(shí)別時(shí)激光成像技術(shù)也具有較大難度，準(zhǔn)確度也將受到一定影響。在導(dǎo)入圖像管理系統(tǒng)放入處理后的圖像時(shí)，經(jīng)壓縮后，在圖像管理軟件中某些細(xì)小裂紋圖像難以進(jìn)行識(shí)別，這在一定程度上增大了探測(cè)病害的難度。所以，激光成像技術(shù)在應(yīng)用與公路隧道病害檢測(cè)的過(guò)程中，判讀病害情況一定要根據(jù)導(dǎo)出圖片實(shí)施，以確保整個(gè)探測(cè)過(guò)程達(dá)到所需要求。

5.總結(jié)

總之，對(duì)公路隧道襯砌表面病害采用激光成像技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，可及時(shí)有效地獲得比較準(zhǔn)確的隧道病害狀況展開(kāi)圖，利于有關(guān)技術(shù)人員將病害分布的具體位置掌握清楚。在公路隧道檢測(cè)中，激光成像技術(shù)的應(yīng)用為日后隧道病害數(shù)字化管理平臺(tái)構(gòu)建打下十分重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。有關(guān)技術(shù)人員可充分利用導(dǎo)出得到的圖片判讀通常難以準(zhǔn)確判斷的各類病害，從而采取有效措施防控對(duì)到病害，進(jìn)而明顯提高公路隧道質(zhì)量及使用安全性。

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侯娜（1982—），女，漢族，山東泰安人，大學(xué)本科學(xué)歷，工程師，研究方向：路橋隧道測(cè)試測(cè)量，數(shù)據(jù)采集設(shè)備系統(tǒng)集成。