TBM智能施工渣片分析系統(tǒng)

項(xiàng)目背景

我國(guó)目前TBM隧道施工越來越往深埋長(zhǎng)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(zhǎng)、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(duì)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(guó)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(chǎng)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(zhǎng)、面積、方度、圓度、細(xì)長(zhǎng)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(duì)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(shí)別與測(cè)量技術(shù)、激光動(dòng)態(tài)三維測(cè)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(cè)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(shí)別率：不低于75%；

（3）識(shí)別效率：每張圖像不超過10ms；

（4）體積測(cè)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(cè)量精度不大于3%；

（5）質(zhì)量測(cè)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(cè)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(jí)：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(cè)量和數(shù)據(jù)匹配，可智能分析、預(yù)測(cè)、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(chǎng)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(chǎng)工況的要求，具有高可靠性；

（9）安裝、使用相對(duì)方便簡(jiǎn)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(shí)別渣片、分割渣片并測(cè)量渣片的各種形態(tài)參數(shù)（如：周長(zhǎng)、面積、方度、圓度、細(xì)長(zhǎng)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(cè)試平臺(tái)，預(yù)先安裝及測(cè)試、調(diào)試通過后再快速安裝于施工現(xiàn)場(chǎng)或生產(chǎn)場(chǎng)所，提高交付及調(diào)試的效率。

安裝、測(cè)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(zhǎng)、面積、方度、圓度、細(xì)長(zhǎng)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(duì)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(cè)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(cè)量；

（4）可應(yīng)用于各類科學(xué)研究中。