利用高清晰度热成像技术对混凝土结构进行安全、低成本的诊断
在基础设施的建设中，以高速公路为代表，混凝土结构安全非常重要。在经济高速增长的情况下，混凝土结构的建设得到了进一步的推动，然而，随着时间的推移，这些结构会老化和腐烂，当混凝土和其他建筑材料脱落成碎片并散落时，它们就会开始妨碍安全。因此，各大部门需要对混凝土结构进行定时检测。
传统混凝土检测弊端明显
之前传统的维护对策，是对高速公路桥梁和其他混凝土结构的整个表面进行锤击试验。在此类工作中，检查员使用锤子在现场检查是否存在问题，特别是钢筋锈蚀导致混凝土构件脱落的迹象。但这种测试方法有缺点，包括由于高空作业设置、搭建和移动脚手架所需的时间以及检查员数量的不足而产生的安全问题。
随着社会基础设施系统老化成为一个紧迫的问题，日本一家高速公路工程公司依托FLIR A6701sc红外热像仪，开发了一种名为“IrBAS”的技术。目前，包括Matsuda先生、Hashimoto先生和hayashi先生在内的团队，正在使用IrBAS作为维护混凝土结构，发现老化并提供对策。
红外热成像技术的优势
红外热成像技术用于远程检测混凝土结构中的缺陷，无需直接访问建筑物。使用该方法，可以将缺陷导致的内部结构差异显示为混凝土表面的温差，并对温差拍摄记录。
“IrBAS能够通过热成像技术一次拍摄和诊断大面积区域，这大大减少了检查的时间和精力，”Hashimoto先生说。在检测时，将所有的检查点逐一锤击在混凝土表面（覆盖数千到数万平方米）非常耗时。而IrBAS在锤击前可以大致分辨结构的健康部位和异常部位，只对诊断为异常的部位进行锤击试验。这一程序大大减少了检查点的数量。另外，拍照后的数据可以保留，以备后期的老化检查。
有了IrBAS，即使目标很远，检查员也可以站在地面上用长焦镜头进行拍摄。这种机制减少了高空作业的数量，大大提高了检查员的安全性。“IrBAS将异常部位分为三个阶段——警告、注意和观察，这三个阶段用三种不同的颜色来区分，”Hashimoto先生说。“通过一种独特的算法，对图像数据进行温差、形状、区域和其他因素的分析，以确定问题所在。”
| 检测重点 | 红外图像 | 分析图像 |
|---|---|---|
观察 |
 |
 |
注意 |
 |
 |
警告 |
 |
 |
明智的选择：FLIR红外热成像仪
为了寻求更合适的检测方法，研究小组研究了非制冷和制冷热成像仪之间的差异、用于测量的波长差异以及不同类型硬件（如探测器和镜头）之间的参数差异对诊断结果的影响，这些检查结果是对热成像本身的研究。
从对非制冷型的实证研究开始，继而研究小组研究了制冷型量子阱探测器QWIP，最后选择了对中波长敏感的锑化铟型。同一波段下，制冷型比非制冷型更敏感。在长波波段，同一制冷类型的某些装置比其他非制冷装置受到来自天空或相对表面的反射的影响更大，这些反射会对采集的图像数据造成干扰，从而影响诊断结果。
“我们最终从FLIR系统中选择了锑化铟型热成像仪，”Hashimoto先生说。
天空反射的比较：
|
可见光图像 |
 |
|
红外图像 Insb (1.5–5.1μm) 温度差异 (A-B) 0.2°C |
 |
|
红外图像 QWIP (8–9μm) 温度差异 (A-B) 1.0°C |
 |
|
红外图像μ孔隙度计 (8–14μm) 温度差异 (A-B) 2.0°C |
 |
为了检测混凝土结构内部的缺陷，需要在混凝土表面上拍摄温差。混凝土结构表面由于构件厚度的差异和颜色的不均匀，加之雨水渗入产生游离石灰，施工过程中因异物附着和不平整等原因，极易产生温度差异。这些因素引起的温差与内部缺陷引起的温差不易区分。
但经过多年的研究，该团队发现，IrBAS诊断结果中被判定为健康的所有部件在随后的锤击测试中被确认为没有异常。因此，所需的检查点数量已经大大减少。此外，IrBAS可以区分不同类型的损坏，如漂浮、剥落、漏水和外来物质污染。
示例 (漂浮):
|
可将光图像 |
 |
|
红外图像 |
 |
|
分析图像 |
 |
示例 (外来物质污染):
|
可将光图像 |
 |
|
红外图像 |
 |
|
分析图像 |
 |
Hashimoto先生说：“通过深入学习，我们试图提高系统的准确性，不仅能够通过声音来判断异常部分，而且能够通过进一步将检查结果扩展为教学数据来掌握每个异常的细节。此外，我们还将引入分析服务器，构建自动判断系统，并利用人工智能(AI)。”桥梁的混凝土结构诊断可应用于一般公路、铁路、建筑物以及高速公路。
