彩譜FigSpec FS-27高光譜相機(jī)助力地下工程科研突破 實(shí)現(xiàn)襯砌結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度無損精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)

近日，同濟(jì)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在地下混凝土襯砌結(jié)構(gòu)檢測(cè)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展——依托杭州彩譜科技（CHNSpec Technology）研發(fā)的FigSpec FS-27高光譜相機(jī)，成功構(gòu)建融合高光譜成像（HSI）與深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）的無損檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了地下隧道襯砌抗壓強(qiáng)度的自動(dòng)化、高精度監(jiān)測(cè)及缺陷可視化，相關(guān)成果已被國(guó)際**期刊《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》（SCIE 1區(qū)Top期刊）接收發(fā)表。

地下工程檢測(cè)痛點(diǎn)凸顯傳統(tǒng)方法亟待革新

隨著城市化進(jìn)程加速，地鐵隧道、越江通道等地下基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。混凝土襯砌作為地下工程的核心防護(hù)結(jié)構(gòu)，其抗壓強(qiáng)度直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)完整性和運(yùn)營(yíng)安全。然而，地下環(huán)境密閉復(fù)雜，傳統(tǒng)檢測(cè)方法面臨諸多局限：核心取樣、拉拔試驗(yàn)等破壞性方法會(huì)損傷結(jié)構(gòu)，且耗時(shí)耗力；超聲波、回彈儀等常規(guī)無損技術(shù)精度不足，無法實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度分布的空間可視化，難以精準(zhǔn)識(shí)別裂縫、剝落、滲漏等局部缺陷。

上海地鐵12號(hào)線、青島地鐵8號(hào)線等跨江隧道的實(shí)際運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)顯示，長(zhǎng)期地下水侵蝕、地質(zhì)應(yīng)力作用易導(dǎo)致襯砌強(qiáng)度衰減，若不能及時(shí)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，可能引發(fā)結(jié)構(gòu)隱患。因此，開發(fā)非接觸、自動(dòng)化、高精度的檢測(cè)技術(shù)成為地下工程維護(hù)領(lǐng)域的迫切需求。

彩譜高光譜相機(jī)核心賦能技術(shù)突破實(shí)現(xiàn)三重創(chuàng)新

科研團(tuán)隊(duì)選用的彩譜FigSpec FS-27高光譜相機(jī)，成為此次技術(shù)突破的關(guān)鍵硬件支撐。該相機(jī)搭載InGaAs傳感器，可在900-1700nm近紅外光譜范圍捕獲1024個(gè)連續(xù)波段數(shù)據(jù)，光譜分辨率達(dá)6.5nm，能精準(zhǔn)捕捉混凝土表面的細(xì)微光譜特征差異，為強(qiáng)度評(píng)估提供豐富的理化信息基礎(chǔ)。配合鹵素光源與標(biāo)準(zhǔn)反射率校準(zhǔn)板，該設(shè)備在隧道昏暗、復(fù)雜環(huán)境下仍能穩(wěn)定獲取1280×1280像素的高清晰度光譜圖像，滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的嚴(yán)苛要求。

基于該相機(jī)獲取的高維光譜數(shù)據(jù)，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新研發(fā)了兩種DNN回歸模型，其中分段光譜深度神經(jīng)回歸器（SegS_DNR）表現(xiàn)最為突出：通過5×5像素窗口的空間-光譜特征融合，模型測(cè)試集決定系數(shù)（Rp2）達(dá)0.925，殘差預(yù)測(cè)偏差（RPD）達(dá)5.28，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)偏最小二乘回歸（PLSR）和隨機(jī)森林（RFR）模型；同時(shí)生成二維抗壓強(qiáng)度分布熱圖，直觀呈現(xiàn)襯砌不同區(qū)域的強(qiáng)度差異，實(shí)現(xiàn)“定量檢測(cè)+可視化呈現(xiàn)”雙重目標(biāo)。

在上海地鐵12號(hào)線跨黃浦江隧道的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證中，該技術(shù)不僅精準(zhǔn)測(cè)得正常區(qū)域襯砌強(qiáng)度（均值約47.6MPa），還能清晰識(shí)別裂縫、剝落、滲漏區(qū)域的強(qiáng)度衰減特征——缺陷區(qū)域強(qiáng)度均值降至33-37MPa，與實(shí)際工程檢測(cè)結(jié)果高度吻合，識(shí)別精度媲美資深工程師。

賦能智能運(yùn)維引領(lǐng)地下工程檢測(cè)新范式

此次技術(shù)突破中，彩譜FigSpec FS-27高光譜相機(jī)的高穩(wěn)定性、高光譜分辨率優(yōu)勢(shì)得到充分驗(yàn)證，其與深度學(xué)習(xí)算法的協(xié)同應(yīng)用，徹底改變了地下襯砌結(jié)構(gòu)檢測(cè)的傳統(tǒng)模式。該技術(shù)無需接觸結(jié)構(gòu)表面，可快速完成大面積掃描檢測(cè)，生成的強(qiáng)度分布圖能直接為維護(hù)決策提供數(shù)據(jù)支撐，大幅提升地下工程 lifecycle管理的科學(xué)性和效率。

目前，該技術(shù)已在跨江隧道、海底隧道等復(fù)雜地質(zhì)條件的地下工程中完成試點(diǎn)應(yīng)用，未來有望結(jié)合機(jī)器人巡檢、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和建筑信息模型（BIM）技術(shù)，構(gòu)建地下基礎(chǔ)設(shè)施智能監(jiān)測(cè)體系。杭州彩譜科技相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，將持續(xù)優(yōu)化高光譜成像設(shè)備的工程化適配能力，為交通、土木、地質(zhì)等領(lǐng)域的無損檢測(cè)需求提供更具針對(duì)性的技術(shù)解決方案。

這項(xiàng)科研成果的落地，不僅為地下工程安全保障提供了全新技術(shù)路徑，也彰顯了國(guó)產(chǎn)高光譜設(shè)備在高端科研與工程應(yīng)用中的核心競(jìng)爭(zhēng)力，為我國(guó)地下基礎(chǔ)設(shè)施的安全、可持續(xù)運(yùn)營(yíng)注入新動(dòng)能。

FS-27 是 FigSpec? FS2X 系列中的短波近紅外成像高光譜相機(jī)，采用透射光柵分光技術(shù)，具備高分辨率、高穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)，適用于多領(lǐng)域?qū)I(yè)光譜成像分析。

核心產(chǎn)品特點(diǎn):

光譜性能優(yōu)異：覆蓋900-1700nm 短波近紅外范圍，波長(zhǎng)分辨率優(yōu)于 6nm，支持 1024 個(gè)光譜通道。成像質(zhì)量可靠：圖像分辨率達(dá) 1280*1280，動(dòng)態(tài)范圍 12 bits，信噪比 600:1，雜散光水平僅 0.5%。操作便捷高效：內(nèi)置掃描成像與輔助取景攝像頭，可實(shí)時(shí)監(jiān)控拍攝區(qū)域；支持多個(gè)區(qū)域ROI 功能，成像速度 10 秒 / 次。

(論文全文可通過sciencedirect官網(wǎng)進(jìn)行搜索閱讀：https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2025.06.007)

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