作者:温才妃 来源:中国科学报 发布时间:2022/2/5 19:54:24
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科技冬奥
插销到不到位,光信号说了算

 

无人机对插销标记进行巡检,保障架体安全性 重庆大学供图

团队成员在插销上作标记 重庆大学供图

大型工程使用很多脚手架,冬奥会场馆也不例外。怎么保证插销都安装在预想的位置上,而不会因松动而产生安全问题?这听起来是一个施工问题,但却被科学家敏锐地关注到。从前的工程项目,多用位移传感器去检测插销安装情况,然而,冬奥会上脚手架鳞次栉比,面对着上万个节点,工人仅靠传感器去检测几乎是不可能实现的工作。

重庆大学土木工程学院研究员回忆琢磨,无论是哪种方式,最后都要转换成电信号,在电脑里读取数据。能否选用一种更实用、方便的方法实现监测呢?

这是回忆第二次服务于奥运会了,2008年他在北京夏季奥运会中参与临时看台的检测工作。他和团队成员很清楚施工方的需求——希望安全检测的方式越简单越好,“几经探讨后,我们用了最原始的方法——光信号传递方式。古时前线将士在长城上点烽火,告知后方有敌军来袭,用的就是光信号”。

“我们在脚手架的插销上涂醒目的漆料标记,插到位就看不见标记,插不到位标记就会暴露在外头,以此来判断架子是否能够支撑架体,哪些地方需要再派施工人员加固。这样无论是用肉眼,还是摄像机,都可以捕捉到。”回忆说,然而,考虑到现实情况,看台、转播房有很多临时架体,有些高达二三十米,如果靠人去巡检,始终需要高空作业,既不安全,又特别寒冷。

用装置、算法帮助施工单位去做检查,是回忆团队想要干的事。

光是拍摄,其实并不困难,无人机就可以做到,但是识别需要靠计算机。“我们希望更智能一些。”

他们在电脑中架构了一个与实际架子一模一样的数字孪生架体。无人机在巡检过程中,一旦在某个位置上发现了反光点,在电脑上就会自动标注出对应的节点位置。“上万个节点如果不这样标注,即便找到了,也不知道是哪个。”回忆解释道。

“就像教小孩识字一样,我们引入‘深度学习’的概念。电脑最开始不知道怎么去做识别,所以我们得先告知它,哪些是需要识别的,再通过‘训练’软件,比如在比较暗、比较亮、距离近、距离远的环境下怎么识别标记,不断提升准确率。经过成百个插销工况训练,它的识别准确率终于达到了97%。”回忆补充道,节点太多太密,可能还会有一两个漏网之鱼,但准确率相对而言比较高,巡检速度也大大提升了。

然而,在试验过程中,“最跟他们较劲儿”的不是算法,而是无人机拍摄。前期试验在重庆、武汉的实验室,与冬奥会赛场的环境差异较大。比如,在赛场上,阳光直接照射镜头,摄像机基本上什么都拍不到;早晚光线角度不同,也会导致摄像机拍摄效果不理想。为了调整摄像机拍照、保证之后的识别,他们前后去了4次延庆小海坨山,12月的寒风、低温让来自内蒙古的回忆都大呼“冷得不行”,最终他们成功地解决了拍摄问题。

可就在无人机方案做得差不多之时,奥组委一道赛场全面禁飞无人机的通知,又把他们的拍摄方案推翻了。时间紧、任务重,最后他们改成了手持支架式的检测设备。重庆大学土木工程学院副教授杨荣华介绍道,在一根内置硬件的杆子上,安装了4个不同方向的摄像头,人拿着杆子走,行进过程中发现标记就会报警。

但是,赛场之外,“无人机+数字孪生架体”这一绿色环保的检测方式却得到了施工方的肯定。

杨荣华告诉《中国科学报》,考虑到普适性,他们的设备和方案不仅适合低温环境,还做了高温环境下的测试,比如把它放进烤箱里,发现同样适用。未来,他们还会考虑开发无人车,代替人工巡检。

回忆表示,和普通产品相比,他们唯一的区别是多了一道小工序——刷一道反光漆,“其实只需要很少一点漆,剩下的都是现成的,无人机、软件都已经很成熟,在推广上并没有什么难度,期待厂家有继续示范应用的动力”。

 
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