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高光谱在基础设施检查和腐蚀检测的应用

发布时间:2020-01-07      点击次数:243

可以从空中或地面获取高光谱数据和图像,以便远程检测材料降解情况。

随着时间的推移,所有材料都会退化,当这些材料为建筑物、大坝、塔、桥、铁路和道路等基础设施提供结构完整性,或以管道和电线的形式提供能量输送时,早期检测既可以节省材料寿命,也可以节省金钱。

图1.在独立机构开展的研究中,美国商业、住宅和运输部门的直接腐蚀成本估计为每年近1380亿美元。图片由美国交通部提供。

 

图2.高光谱成像(HSI)可以为基础设施所有者和运营商在理想情况是在材料严重受损之前提供检测材料退化的能力。使用无人机平台可以避免使用昂贵且潜在危险的载人飞机操作。近一项研究的3幅图像(下方三幅图)显示了在VNIR和SWIR范围内使用HSI技术的钢样品的光谱特征。

 

根据一项全面的研究,直接成本每年接近1380亿美元,与腐蚀相关的间接成本每年超过2750亿美元。这些随着时间的推移而增加。传统的现场检测方法可能是劳动密集型的,而且只能提供一个广泛领域的一角。我们的希望是,一个小地区准确地代表了一个大得多的地区,因为大块区域不可能花费同样成本的方式进行检测。

Headwall提供商用现货(COTS)以及定制的高光谱成像(HSI)传感器和交钥匙解决方案,设计用于广泛区域的遥感,并覆盖可见光和近红外光谱。

Headwall HSI传感器可用于检测以下应用:

•沥青降解

•各种聚合物的腐蚀

•黑色金属的氧化

•油漆状态

•植被侵占

•水池或多余水分的存在

 

除了高光谱成像之外,Headwall还在轻型无人机上提供了带有光探测和测距(LiDAR)系统和HSI的集成平台,并具有数据融合功能。 甚至可以同时通过捕获点云以创建具有关于被扫描对象的高光谱信息的高分辨率数字高程模型(DEM)。 由于载人飞行操作的高成本,无人驾驶检查在基础设施所有者和运营商之间获得了关注。 这些成本不仅包括运营成本,还包括保险成本和潜在的事故责任。 在直升机检查飞行期间发生塔架和电线撞击时,即使在相对较低的高度,死亡率也可能超过35%。

高光谱遥感的益处

价值主张

•高级检测

•优化维修计划

•降低生命危险

•减少责任

•潜在的BVLOS运营

 

无论是检查道路还是跑道,通过眼睛进行耗时的视觉检查或甚至在要检查的表面上滚动成像系统都需要花费大量的时间。 我们可以对DJI Matrice 600 Pro UAV上的Headwall的Hyperspec®Nano或Co-Aligned VNIR-SWIR传感器有效载荷等低空机载解决方案进行编程,以遵循精确的飞行路径,优化检测效率。

图3. 基于DJI Matrice 600 Pro的Headwall无人机配备了共同对准的VNIR-SWIR传感器和LiDAR,在哈兹菲尔德 - 杰克逊亚特兰大机场允许的情况下扫描跑道。

图4. 比如管道、电力线路和塔架。由于环境条件以及它们所承载的物质而容易呈现老化和腐蚀结构的特性,耗时且具有潜在危险性的目视检查成本高昂且危险,而使用高分辨率彩色(RGB)摄像机进行的检查可能会错过使用高光谱成像检测到的故障早期警告信号。

 

配备HSI和可选的LiDAR的无人机可以在几个小时内完成自动检测,而不是将繁忙的跑道关闭几天进行繁琐的地面检查。

与载人航班相比,航班可以快速安排,并大大降低运营开销。飞行计划和记录,包括捕获精确的GPS数据,是软件包的内置功能,以及在航班之间快速卸载高光谱和LiDAR数据。

Headwall HSI传感器具有各种波长范围和形状因子,还可用于地面实况成像以增强机载成像。这些传感器坚固,小巧,轻便,便于运输和安装。可见光 - 红外(VNIR)传感器可用于识别植被的侵蚀,短波近红外(SWIR)传感器可用于对地形,人造结构进行成像,甚至可识别可指示的化学特征基础材料的条件。用于实验室的台式扫描工作站站也可用于对现场采集的样品进行更详细的分析,或者可扫描的材料用于建立光谱“库”,以便在现场快速检测。

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