CHNSpec Technology （Zhejiang）Co.,Ltd chnspec@colorspec.cn 86--13732210605
Gần đây, một nhóm nghiên cứu từ Đại học Đồng Tế đã đạt được tiến bộ quan trọng trong việc phát hiện các cấu trúc lớp lót bê tông ngầm—dựa vào camera siêu phổ FigSpec FS-27 do Công ty TNHH Công nghệ CHNSpec Hàng Châu phát triển, nhóm nghiên cứu đã xây dựng thành công một công nghệ phát hiện không phá hủy tích hợp hình ảnh siêu phổ (HSI) và mạng nơ-ron sâu (DNN). Công nghệ này cho phép giám sát tự động, độ chính xác cao và trực quan hóa các khuyết tật về cường độ nén của lớp lót đường hầm ngầm. Các phát hiện liên quan đã được chấp nhận để xuất bản trên tạp chí hàng đầu quốc tế Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering (tạp chí SCIE Q1 hàng đầu).
Những Vấn Đề Cần Giải Quyết trong Phát Hiện Kỹ Thuật Ngầm Nhấn Mạnh Sự Cần Thiết của Đổi Mới trong Các Phương Pháp Truyền Thống
Với sự tăng tốc của quá trình đô thị hóa, các cơ sở hạ tầng ngầm như đường hầm tàu điện ngầm và các đoạn đường vượt sông tiếp tục mở rộng. Là cấu trúc bảo vệ cốt lõi trong kỹ thuật ngầm, cường độ nén của lớp lót bê tông ảnh hưởng trực tiếp đến tính toàn vẹn cấu trúc và an toàn vận hành. Tuy nhiên, môi trường ngầm là khép kín và phức tạp, và các phương pháp phát hiện truyền thống phải đối mặt với nhiều hạn chế: các phương pháp phá hủy như lấy mẫu lõi và thử nghiệm kéo bung làm hỏng cấu trúc và tốn thời gian và nhân công; các công nghệ không phá hủy thông thường như siêu âm và búa bật nảy thiếu độ chính xác và không thể đạt được sự trực quan hóa không gian của sự phân bố cường độ, gây khó khăn trong việc xác định chính xác các khuyết tật cục bộ như vết nứt, bong tróc và thấm.
Dữ liệu vận hành từ các đường hầm vượt sông như Tuyến 12 của Tàu điện ngầm Thượng Hải và Tuyến 8 của Tàu điện ngầm Thanh Đảo cho thấy rằng sự xói mòn của nước ngầm trong thời gian dài và ứng suất địa chất có thể dễ dàng dẫn đến sự suy giảm cường độ của lớp lót. Nếu không có sự giám sát kịp thời và chính xác, các rủi ro về cấu trúc có thể xảy ra. Do đó, việc phát triển công nghệ phát hiện tự động, không tiếp xúc, độ chính xác cao đã trở thành một nhu cầu cấp thiết để bảo trì kỹ thuật ngầm.
Camera siêu phổ CHNSpec Cung Cấp Năng Lực Cốt Lõi, Đạt Được Ba Đổi Mới Kỹ Thuật
Camera siêu phổ CHNSpec FigSpec FS-27 được nhóm nghiên cứu lựa chọn đã trở thành sự hỗ trợ phần cứng quan trọng đằng sau bước đột phá công nghệ này. Camera được trang bị cảm biến InGaAs có khả năng chụp 1024 dải phổ liên tiếp trong dải phổ cận hồng ngoại 900–1700 nm, đạt được độ phân giải phổ là 6,5 nm. Nó có thể chụp chính xác các khác biệt tính năng phổ tinh tế trên bề mặt bê tông, cung cấp thông tin hóa lý phong phú để đánh giá cường độ. Kết hợp với nguồn sáng halogen và bảng hiệu chuẩn độ phản xạ tiêu chuẩn, thiết bị vẫn có thể thu được hình ảnh phổ có độ nét cao 1280×1280 trong môi trường đường hầm tối và phức tạp, đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của việc phát hiện tại chỗ.
Dựa trên dữ liệu phổ chiều cao thu được từ camera, nhóm nghiên cứu đã phát triển một cách sáng tạo hai mô hình hồi quy DNN. Trong số đó, bộ hồi quy nơ-ron sâu phổ phân đoạn (SegS_DNR) hoạt động tốt nhất: thông qua sự kết hợp các tính năng không gian–phổ bằng cửa sổ pixel 5×5, mô hình đã đạt được hệ số xác định tập kiểm tra (Rp²) là 0,925 và độ lệch dự đoán dư (RPD) là 5,28, vượt xa các mô hình hồi quy bình phương tối thiểu từng phần (PLSR) và rừng ngẫu nhiên (RFR) truyền thống. Đồng thời, nó tạo ra bản đồ nhiệt phân bố cường độ nén 2D, trực quan hóa sự khác biệt về cường độ trên các vùng lót khác nhau, đạt được các mục tiêu kép của “phát hiện định lượng + trình bày trực quan.”
Trong quá trình xác minh tại chỗ được thực hiện trong đường hầm vượt sông Hoàng Phố của Tuyến 12 Tàu điện ngầm Thượng Hải, công nghệ này không chỉ đo chính xác cường độ nén của các đoạn bình thường (trung bình khoảng 47,6 MPa), mà còn xác định rõ các đặc điểm suy giảm cường độ ở các khu vực có vết nứt, bong tróc và thấm—cường độ vùng khuyết tật giảm xuống trung bình 33–37 MPa, rất phù hợp với kết quả phát hiện kỹ thuật thực tế, với độ chính xác nhận dạng tương đương với các kỹ sư cao cấp.
Trao Quyền Bảo Trì Thông Minh và Dẫn Đầu Một Mô Hình Mới trong Phát Hiện Kỹ Thuật Ngầm
Trong bước đột phá công nghệ này, những ưu điểm về độ ổn định cao và độ phân giải phổ cao của camera siêu phổ CHNSpec FigSpec FS-27 đã được xác nhận đầy đủ. Ứng dụng cộng tác của nó với các thuật toán học sâu đã hoàn toàn thay đổi mô hình phát hiện truyền thống cho các cấu trúc lớp lót ngầm. Công nghệ này không yêu cầu tiếp xúc với bề mặt của cấu trúc, có thể nhanh chóng hoàn thành việc phát hiện quét diện tích lớn và các bản đồ phân bố cường độ được tạo ra có thể trực tiếp hỗ trợ việc ra quyết định bảo trì, cải thiện đáng kể tính khoa học và hiệu quả của việc quản lý vòng đời kỹ thuật ngầm.
Hiện tại, công nghệ này đã hoàn thành các ứng dụng thí điểm trong các dự án kỹ thuật ngầm trong điều kiện địa chất phức tạp như đường hầm vượt sông và dưới biển. Trong tương lai, nó có thể được tích hợp với kiểm tra bằng robot, công nghệ IoT (Internet of Things) và BIM (Building Information Modeling) để xây dựng một hệ thống giám sát thông minh cho cơ sở hạ tầng ngầm. Theo phát ngôn viên liên quan của CHNSpec, công ty sẽ tiếp tục tối ưu hóa khả năng thích ứng kỹ thuật của thiết bị hình ảnh siêu phổ và cung cấp các giải pháp kỹ thuật mục tiêu hơn cho các nhu cầu thử nghiệm không phá hủy trong giao thông vận tải, kỹ thuật dân dụng, địa chất và các lĩnh vực khác.
Việc thực hiện thành tựu nghiên cứu này không chỉ cung cấp một con đường kỹ thuật mới để đảm bảo an toàn kỹ thuật ngầm, mà còn chứng minh khả năng cạnh tranh cốt lõi của thiết bị siêu phổ do trong nước sản xuất trong các ứng dụng nghiên cứu và kỹ thuật cao cấp, tạo thêm động lực mới cho hoạt động an toàn và bền vững của cơ sở hạ tầng ngầm của Trung Quốc.
FS-27 là camera siêu phổ hình ảnh cận hồng ngoại sóng ngắn trong dòng FigSpec® FS2X. Nó áp dụng công nghệ tách phổ bằng cách sử dụng lưới truyền và có độ phân giải cao và độ ổn định cao, làm cho nó phù hợp để phân tích hình ảnh phổ chuyên nghiệp trên nhiều lĩnh vực.
Các Tính Năng Sản Phẩm Cốt Lõi:
Hiệu suất phổ tuyệt vời: bao phủ dải cận hồng ngoại sóng ngắn 900–1700 nm, với độ phân giải bước sóng tốt hơn 6 nm và hỗ trợ 1024 kênh phổ. Chất lượng hình ảnh đáng tin cậy: độ phân giải hình ảnh đạt 1280×1280, dải động là 12 bit, SNR là 600:1 và mức ánh sáng lạc chỉ là 0,5%. Vận hành thuận tiện và hiệu quả: camera xem phụ và chụp ảnh quét tích hợp có thể theo dõi khu vực chụp trong thời gian thực; hỗ trợ nhiều chức năng ROI theo vùng; tốc độ chụp ảnh là 10 giây mỗi lần quét.
