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相机系统赋予隧道掘进机全新视野

高分辨率 Prosilica GT 相机用于地质评估

隧道掘进机(TBM)在大型工程现身的频率越来越高,例如贯通奥地利阿尔卑斯山的 Brenner Base 隧道正是使用此类设备建造。但囿于能见度限制,钻孔面的地质分析记录往往只能在隧道掘进机的后端进行。奥地利莱奥本市 Montanuniversität 地下工程研究所与 Geodata GmbH 合作,开发了一款用于隧道施工中的掘进机相机系统,有助于解决这一问题。他们在隧道掘进机的钻头位置,安装了高分辨率 Prosilica GT 相机,可对钻孔表面进行结构分析和地质记录。

 

挑战

能见度受限

 

在常规隧道工程中,地质制图通常由地质学家进行,且不受作业面阻碍。但在机械掘进工程中,钻头遮挡了作业面视线。而钻头上只留有几个开口(例如刮刀、切割盘和检修孔),这也限制了作业面地质图的有效性。

 

解决方案

基于相机的坚固系统

 

地下工程研究所开发了一款相机系统,能够安装在滚刀盘外壳中,从而提供整个作业面的高分辨率图像和颜色编码的浮雕图像。借助这些图像就可以判定其中的矿物成分、分层空间位置和空穴深度。基于这些宝贵的信息可以进一步评估结构分析结果,并验证招标地质模型的正确度,从而确保连续隧道掘进时不会造成破坏塌方。

为扩大作业面区域的覆盖范围,这一基于相机的系统设计需轻巧、灵活地安装在不同滚刀盘外壳中。从而让没有额外相机安装开口的 TBM 也可安装相机系统。相机轨道的数量可根据缩回的滚刀头与工作面之间的距离进行调整。该相机系统上可以安装一台或多台相机。

控制单元安装在滚刀头旋转中心附近的双刀盘的外壳中,包含一台 PC、配套电源和一个单轴倾角传感器。此外,该控制单元还提供了多个相机接口,可根据需要并行操作这些相机,加快测量速度。PC 上运行的相机控制软件基于 Allied Vision 的软件开发套件 Vimba 开发。该软件可每秒2张图像的固定速率触发相机,从而提供充裕的重叠和冗余图像。

效益

打造趋于完美的测量分析图像

 

相机系统可为摄影测量分析提供高分辨率图像。摄影测量法利用各种测量和评估方法分析数字图像,构建3D 模型。基于这一方法最终可以重建一个高精密度的3D 作业面。由此生成的高分辨率正射影像(表面无畸变、真实比例显示)能够以均一的亮度覆盖崩落面和作业面区域,并且呈现出从刀头背面无法发现的细节。此外,基于该图像还可生成带颜色编码的作业面浮雕图像。

“作业面数字成像可创建客观的地质绘图,为地质评估奠定确凿的基础。” Montanuniversität Leoben 地下工程研究所项目助理 Robert Wenighofer 表示。

该相机系统为地质绘图提供了客观依据。

相机:Prosilica GT2000

以太网供电和精确光圈控制

坚固的 Prosilica GT2000 相机配有 5 mm 定焦镜头,设计可在极端环境和多变照明条件下稳定运行。Prosilica GT2000 设定为目标区域内连续自动曝光,针对每个图像更新曝光时间。这确保了覆盖空穴和稳定作业面的均匀图像照明。它还可避免作业面过度曝光/曝光不足,因此通过摄影测量软件可顺利地处理图像。

该相机配备 2.2 MP CMOSIS CMV2000 CMOS 传感器,可提供精确的光圈 (P-iris) 镜头控制功能,让用户可以固定光圈优化景深、曝光和增益,无需其他控制元件。相机配备了以太网供电功能(PoE),可通过单根电缆进行供电和数据传输,让相机系统轻松集成到滚刀头中。

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亮点概览

  • 该系统可评估结构分析结果,确保连续隧道掘进时避免破坏导致塌方。
  • 轻巧紧凑的系统可轻松地安装到不同滚刀盘外壳中。
  • 自动地质制图可加快掘进过程,并为作业人员提供增强保护。
  • 相机设计可在极端环境和多变光照条件下运行。