统计解析技术与图像处理技术的智慧结合——鹿岛建设开发智能开挖面地质评估系统

日本鹿岛建设公司近日开发了一款用于山岭隧道施工的实时地质评估系统——“智能开挖面观测者”,并在岩手县在建隧道工程中投入使用。该系统通过地质统计学和图像处理技术,对电脑凿岩台车钻掘获取的开挖面前方地质预测数据以及数码相机拍摄的开挖面图像数据进行自动解析,可即时确认开挖面的评估结果。此外,利用云技术可使施工现场与公司之间实时共享信息,由专家作出指导。

实时综合地质评估系统的概念图

“智能开挖面观测者”系统由以下两项技术及其运用构成:

技术1

根据爆破孔的钻孔数据对开挖面前方地质状况作出高精度预测

根据爆破孔和锚杆的钻孔数据得到断裂能系数(弹性波速度),采用地质统计学方法解析,可在1分钟内对包括开挖面前方5m内土体的地质状况作出高精度预测和评估。此外,可自动实行模拟解析,抽取开挖面前方30m内、80%以上概率出现脆弱的部位。以上评估结果能够立即发送至移动终端,迅速判断开挖面作业人员是否安全,同时有助于选择合理的施工方法和辅助工法。

基于钻孔数据解析得到地质状况的预测结果

技术2

对开挖面照片进行图像处理,评估剥落危险度

通过对数码相机拍摄的开挖面图像数据进行解析,可定量评估岩石风化程度和裂缝分布等,检查出可能发生剥落的区域。解析结果传送至开挖面作业人员的智能手机上仅需10秒左右,防止进入危险区域。

基于图像解析检测剥落危险区域

运用

通过云技术实现信息共享

各项数据通过隧道洞内的WiFi传送至施工现场的解析用计算机,自动进行解析。解析结果即刻反馈至开挖面作业人员,同时现场事务所、公司技术研究所等也可通过云技术对此进行确认并作出相应指示。此外,挖掘过程中的所有数据可自动传送至技术研究所的服务器,通过不断积累,形成隧道施工数据库。

目前施工中的岩手县新区界隧道中引入了这款新系统,通过爆破孔和锚杆的钻孔数据对开挖面前方地质状况作出了高精度预测,特别是在断层处,实现了安全精准的施工。而在岩手县白井隧道施工中进一步通过照片数据的图像处理技术对开挖面安全性进行评估。鹿岛公司计划在今后的隧道施工中积极推广新系统,提升隧道挖掘作业的安全性,实现隧道挖掘作业的自动化。

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