[发明专利]基于红外探测的隧道衬砌浅层剥落剥离判定方法与装置

说明书

本发明涉及一种基于红外探测的隧道衬砌浅层剥落剥离判定方法与装置，所述方法包括以下步骤：对隧道衬砌表面进行热激励，同时采集隧道的红外热图像和可见光数字图像，并记录相应位置信息；对所述红外热图像进行预处理，从预处理后的红外热图像中提取关键几何特征信息，基于所述关键几何特征信息识别衬砌是否存在内部空隙；在存在内部空隙时，基于位置信息获取存在内部空隙处的可见光数字图像，基于所述可见光数字图像获取表面裂缝几何特征；比较所述内部空隙与表面裂缝的几何关系，判断隧道衬砌浅层的剥落剥离程度，反馈相应预警信息。与现有技术相比，本发明具有识别精度高、及时预警等优点。

技术领域

本发明属于隧道检测技术领域，尤其是涉及一种基于红外探测的隧道衬砌浅层剥落剥离判定方法与装置。

背景技术

虽然目前在隧道建设领域已经有了极多研究及经验，但是隧道在运营过程中，由于地质条件的变化、材料劣化等因素，会出现衬砌开裂、钢筋锈蚀等病害，这些病害的发展将导致隧道衬砌结构出现混凝土掉块，从而影响结构服役性能和行车安全，因此，快速探测隧道衬砌结构潜在的掉块剥落是保障隧道安全服役和行车安全的前提。

限于隧道衬砌内部空洞、裂缝和粘结缺陷等通过肉眼无法直接观察到，所以现阶段在隧道的质量检测中，通常会采用无损检测的方法进行危害评估，其优点在于不破坏原有结构，并能全面精确的掌握病害情况。

物体都会由于自身的分子热运动而产生不同程度的辐射红外线。接收物体自身发射或表面反射其他物辐射的能量，通过转换成电信号，将经处理后的电信号通过显示系统将热像图显示出来，这样就可以直观地识别出物体表面的温度分布。热像仪记录的是物体表面温度的相对温差，一般颜色越浅表示温度越高，颜色越深表示温度越低。红外热成像系统从本质上来讲就是一个测温系统，通过物体的红外辐射能量与温度之间的对应关系来测量物体表面的温度，采用不同的颜色与不同的温度相对应，将物体表面的温度分布用人眼可识别的颜色图形显示出来。

混凝土在材料老化、钢筋锈蚀等情况下，浅层会出现内部空洞并导致混凝土剥离，其导热性能会有所下降。在外部热源的作用下，损伤部位的表面温度分布与完好部位或周边混凝土的会有所差异，因此，常用的图像识别检测方法，对于隧道浅层潜在的剥落剥离探测并不适用。

中国专利申请CN110082354A公开一种隧道衬砌浅层潜在剥落剥离红外探测装置，包括车载移动平台、红外镜头、红外探测器、电子信号处理系统和数据处理系统，红外镜头采集外界传入的红外辐射并使之聚焦于红外探测器上，红外探测器将红外辐射转换为电信号，数据处理系统基于放大后的电信号得到热像图并进行预处理，并提取潜在剥落剥离的关键几何特征信息。但此装置未采集表面裂缝的可见光图像并建立表面裂缝与内部空隙之间的联系，无法判断剥离剥落的程度；同时公开的专利未配置激励热源，在周围环境温度条件较差时，温度场差异不明显，导致识别精度降低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的隧道衬砌剥落剥离识别精度不高、效率较低以及无法判断剥落剥离程度的问题而提供一种基于红外探测的隧道衬砌浅层隐形剥落剥离判定方法与装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于红外探测的隧道衬砌浅层剥落剥离判定方法，包括以下步骤：

对隧道衬砌表面进行热激励，同时采集隧道的红外热图像和可见光数字图像，并记录相应位置信息；

对所述红外热图像进行预处理，从预处理后的红外热图像中提取关键几何特征信息，基于所述关键几何特征信息识别衬砌是否存在内部空隙；

在存在内部空隙时，基于位置信息获取存在内部空隙处的可见光数字图像，基于所述可见光数字图像获取表面裂缝几何特征；

比较所述内部空隙与表面裂缝的几何关系，判断隧道衬砌浅层的剥落剥离程度，反馈相应预警信息。

进一步地，所述热激励的时间不少于3分钟。