TBM智能施工渣片分析系統(tǒng)
項(xiàng)目背景
我國目前TBM隧道施工越來越往深埋長隧道方向發(fā)展,，在水利水電工程,、交通工程,、礦山工程等領(lǐng)域廣泛運(yùn)用TBM方法施工,。由于隧道往長,、大,、深埋方向發(fā)展,，沿線地質(zhì)構(gòu)造類型多、地應(yīng)力高,，且存在高壓大涌水條件,。隧道沿線巖組多，巖體條件復(fù)雜,，因此TBM智能施工已經(jīng)逐漸成為TBM施工研究的主要方向,。
隧道沿線不同的巖體條件下，需要調(diào)整TBM的掘進(jìn)參數(shù),，減小刀具磨損,，以最小的破碎比功獲得最優(yōu)化的掘進(jìn)速度，減小事故發(fā)生,。在許多工程實(shí)例中觀察到,，不同渣片形態(tài)，如片狀渣片,、塊狀渣片,、帶弧形面的渣片等反應(yīng)了不同的掌子面巖體條件，可以從渣片質(zhì)量,、渣片體積,、渣片形狀及渣片分布等參數(shù)反推掌子面前方的巖體條件，對掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,，預(yù)警異常情況,，避免產(chǎn)生施工事故。
為解決上述問題,，玖瑞科技聯(lián)合北京工業(yè)大學(xué),、中國鐵建重工股份有限公司合作研究，開發(fā)TBM智能施工渣片分析系統(tǒng),，目前此系統(tǒng)已在多個(gè)施工現(xiàn)場應(yīng)用中,。
系統(tǒng)概述
系統(tǒng)可在線實(shí)時(shí)準(zhǔn)確獲取TBM掘進(jìn)過程中皮帶輸送機(jī)上的渣片形態(tài)參數(shù)（周長、面積,、方度,、圓度、細(xì)長度等）,、渣片質(zhì)量流量與體積流量數(shù)據(jù),，結(jié)合TBM運(yùn)行參數(shù)及隧道沿線工程地質(zhì)條件等數(shù)據(jù)，運(yùn)用工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù),、人工智能算法,，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，提供施工建議和預(yù)警,，最終實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)無人化和智能施工,。
系統(tǒng)是復(fù)雜工況下圖像獲取技術(shù),、圖像識別與測量技術(shù)、激光動(dòng)態(tài)三維測量技術(shù),、工業(yè)智能大數(shù)據(jù)技術(shù),、深度學(xué)習(xí)等人工智能算法技術(shù)、工業(yè)云技術(shù)在TBM智能施工過程中的成功典型應(yīng)用,。
系統(tǒng)部分實(shí)物（生產(chǎn)測試完成待安裝）
某項(xiàng)目實(shí)際安裝照片
系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格
系統(tǒng)適用于各類硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）,，其技術(shù)規(guī)格如下：
（1）圖像分辨率：不低于0.5mm*0.5mm；
（2）渣片識別率：不低于75%,；
（3）識別效率：每張圖像不超過10ms,；
（4）體積測量范圍及精度：適應(yīng)不超過5m/s速度，寬度不超過1500mm的皮帶,，測量精度不大于3%,；
（5）質(zhì)量測量范圍及精度：適應(yīng)不超過5m/s速度，寬度不超過1500mm的皮帶,，測量精度不大于2%,；
（6）前端數(shù)據(jù)采集防護(hù)：IP67；
（7）抗震等級：10G沖擊,，3G正弦波,；
（8）供電：220VAC,不大于2KW；
（9）系統(tǒng)規(guī)格尺寸：按需設(shè)計(jì)安裝,。
系統(tǒng)功能
（1）系統(tǒng)適用于各種類型的TBM及皮帶輸送機(jī),；
（2）系統(tǒng)具備在線實(shí)時(shí)分析功能；
（3）采用多項(xiàng)包括人工智能算法在內(nèi)的前沿技術(shù),精確測量和數(shù)據(jù)匹配,，可智能分析、預(yù)測,、預(yù)警,，提供施工建議；
（4）系統(tǒng)采取模塊化設(shè)計(jì),，可實(shí)現(xiàn)多種功能組合,，適應(yīng)不同應(yīng)用場景；
（5）系統(tǒng)具備遠(yuǎn)傳及工業(yè)互聯(lián)功能,；
（6）系統(tǒng)可提供“工業(yè)大數(shù)據(jù)云”平臺(tái),，遠(yuǎn)程訪問及操控；
（7）可提供隧道掘進(jìn)過程中咨詢服務(wù),；
（8）系統(tǒng)采用多項(xiàng)技術(shù),，滿足復(fù)雜惡劣現(xiàn)場工況的要求，具有高可靠性,；
（9）安裝,、使用相對方便簡單,。
系統(tǒng)算法
通過傳統(tǒng)算法與深度學(xué)習(xí)（DNN）算法有機(jī)融合，開發(fā)快速識別渣片,、分割渣片并測量渣片的各種形態(tài)參數(shù)（如：周長,、面積、方度,、圓度,、細(xì)長度等），為系統(tǒng)數(shù)據(jù)的智能處理提供可靠的數(shù)據(jù)支撐,。
圖像處理算法的效果展示
系統(tǒng)軟件
系統(tǒng)具有直觀的顯示界面與豐富的參數(shù)分析界面,，以供施工技術(shù)人員、研究人員,、管理者等各種需求的使用,。
部分軟件界面展示
實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
公司設(shè)計(jì)專門的模擬測試平臺(tái)，預(yù)先安裝及測試,、調(diào)試通過后再快速安裝于施工現(xiàn)場或生產(chǎn)場所,，提高交付及調(diào)試的效率。
安裝,、測試及調(diào)試模擬工裝平臺(tái)
系統(tǒng)應(yīng)用
（1）可在線實(shí)時(shí)準(zhǔn)確獲取TBM掘進(jìn)過程皮帶輸送機(jī)的渣片形態(tài)參數(shù)（周長,、面積、方度,、圓度,、細(xì)長度等）、渣片質(zhì)量,、渣片體積等數(shù)據(jù),，結(jié)合TBM運(yùn)行參數(shù)及隧道工程地質(zhì)等數(shù)據(jù)，運(yùn)用工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù),、人工智能算法,，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，提供施工建議和預(yù)警,；
（2）可用于智能采礦等領(lǐng)域,；
（3）系統(tǒng)的子系統(tǒng)皮帶機(jī)物料體積在線測量功能可應(yīng)用于所有皮帶輸送機(jī)固體物料輸送過程中體積、質(zhì)量,、密度,、松散系數(shù)等的在線實(shí)時(shí)測量；
（4）可應(yīng)用于各類科學(xué)研究中,。
