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TBM智能施工渣片分析系统

项目背景

       我国目前TBM隧道施工越来越往深埋长隧道方向发展,在水利水电工程、交通工程、矿山工程等领域广泛运用TBM方法施工。由于隧道往长、大、深埋方向发展,沿线地质构造类型多、地应力高,且存在高压大涌水条件。隧道沿线岩组多,岩体条件复杂,因此TBM智能施工已经逐渐成为TBM施工研究的主要方向。
       隧道沿线不同的岩体条件下,需要调整TBM的掘进参数,减小刀具磨损,以最小的破碎比功获得最优化的掘进速度,减小事故发生。在许多工程实例中观察到,不同渣片形态,如片状渣片、块状渣片、带弧形面的渣片等反应了不同的掌子面岩体条件,可以从渣片质量、渣片体积、渣片形状及渣片分布等参数反推掌子面前方的岩体条件,对掘进参数进行优化,预警异常情况,避免产生施工事故。
       为解决上述问题,玖瑞科技联合北京工业大学、中国铁建重工股份有限公司合作研究,开发TBM智能施工渣片分析系统,目前此系统已在多个施工现场应用中

系统概述

       系统可在线实时准确获取TBM掘进过程中皮带输送机上的渣片形态参数(周长、面积、方度、圆度、细长度等)、渣片质量流量与体积流量数据,结合TBM运行参数及隧道沿线工程地质条件等数据,运用工业大数据技术、人工智能算法,对数据进行处理分析,提供施工建议和预警,最终实现掘进无人化和智能施工。

       系统是复杂工况下图像获取技术、图像识别与测量技术、激光动态三维测量技术、工业智能大数据技术、深度学习等人工智能算法技术、工业云技术在TBM智能施工过程中的成功典型应用。

系统部分实物(生产测试完成待安装)


                                             


某项目实际安装照片


                                                          


                                       


系统技术规格

       系统适用于各类硬岩隧道掘进机(TBM),其技术规格如下:

(1)图像分辨率:不低于0.5mm*0.5mm;

(2)渣片识别率:不低于75%;

(3)识别效率:每张图像不超过10ms;

(4)体积测量范围及精度:适应不超过5m/s速度,宽度不超过1500mm的皮带,测量精度不大于3%;

(5)质量测量范围及精度:适应不超过5m/s速度,宽度不超过1500mm的皮带,测量精度不大于2%;

(6)前端数据采集防护:IP67;

(7)抗震等级:10G冲击,3G正弦波;

(8)供电:220VAC,不大于2KW;

(9)系统规格尺寸:按需设计安装。

系统功能

(1)系统适用于各种类型的TBM及皮带输送机;

(2)系统具备在线实时分析功能;

(3)采用多项包括人工智能算法在内的前沿技术,精确测量和数据匹配,可智能分析、预测、预警,提供施工建议;

(4)系统采取模块化设计,可实现多种功能组合,适应不同应用场景;

(5)系统具备远传及工业互联功能;

(6)系统可提供“工业大数据云”平台,远程访问及操控;

(7)可提供隧道掘进过程中咨询服务;

(8)系统采用多项技术,满足复杂恶劣现场工况的要求,具有高可靠性;

(9)安装、使用相对方便简单。

系统算法

      通过传统算法与深度学习(DNN)算法有机融合,开发快速识别渣片、分割渣片并测量渣片的各种形态参数(如:周长、面积、方度、圆度、细长度等),为系统数据的智能处理提供可靠的数据支撑。

图像处理算法的效果展示


                                       

系统软件

      系统具有直观的显示界面与丰富的参数分析界面,以供施工技术人员、研究人员、管理者等各种需求的使用。

部分软件界面展示

                                                                

                                 

       

                                

 

 

实验平台

       公司设计专门的模拟测试平台,预先安装及测试、调试通过后再快速安装于施工现场或生产场所,提高交付及调试的效率。

安装、测试及调试模拟工装平台


                                         

                                        

 

系统应用

(1)可在线实时准确获取TBM掘进过程皮带输送机的渣片形态参数(周长、面积、方度、圆度、细长度等)、渣片质量、渣片体积等数据,结合TBM运行参数及隧道工程地质等数据,运用工业大数据技术、人工智能算法,对数据进行处理分析,提供施工建议和预警;

(2)可用于智能采矿等领域;

(3)系统的子系统皮带机物料体积在线测量功能可应用于所有皮带输送机固体物料输送过程中体积、质量、密度、松散系数等的在线实时测量;

(4)可应用于各类科学研究中。