外文翻译-一种自动检测隧道内混凝土上的裂缝的可移动机器人

1、附件1:外文资料翻译译文一种自动检测隧道内混凝土上的裂缝的可移动机器人摘要：为了评测混凝土建筑物的安全性，用肉眼观察裂缝的检查员会周期性地测量并且记录 裂缝。不过这种手工检查的效率是很低的并且很容易产生主观的结论。因此，这项研究 为混凝土的结构检查和测量裂缝提供了一个新的方案，它能够提供客观的裂缝数据，在 评测安全性的过程中将会使用到这些数据。 这个系统由一个移动机器人系统和一个裂缝 视觉系统组成。移动机器人系统被一个图象处理设备（CCD控制着与墙保持恒定的距离。裂缝视觉系统运用图象处理技术，可以由获得的图像中得到有关裂缝的信息。为了 保证对裂缝辨认的准确性，此系统运用了图像处理程序来得到裂缝

2、结构的几何学特性和 模型。目前这个系统已经被实验室和有关这个领域的实验所证实。2006 Elsevier B.V. 版权所有。关键字：裂缝；隧道；检查；图象处理；移动的机器人1、简介：大约70%勺朝鲜地区都是多山区，在这些地区修建铁路和公路都需要很多的隧道。在保持交通通畅的情况下，有关混凝土建筑物如隧道的安全性的调查依然在进行着。为了 确定这种结构的安全，利用非破坏性实验的定期检查正在进行。不过，非破坏性的实验 的低效率和错综复杂的程序让人们打消了用这样的实验整个代替人的目测的念头。因 此，非破坏性实验仅仅局限于精确的检查。 视觉对混凝土建筑物的检查与检查员只 使用他们的肉眼观察沿结构表面走的

3、裂缝的措施有关。由此可知，目测的主要缺点是不能保证一次迅速和完整的调查。为了解决这些问题，已经研究出了各种各样的使用图象 处理程序自动检查裂缝的方法，而且应用到了实际的设施中，包括道路、桥梁、下水道等等。2-6这项研究的特殊目的是要把一个裂缝察觉模件和移动机器人的综合系统应用到隧道 环境中。类似的学科研究正在进行并且发展着。Komatsu工程公司已经研究出并且使这个能 通过一台激光扫描设备获得道路和隧道里层的图像的一个图像捕获系统商品化。日本的铁路技术研究院研究出了一个使用 CCD照相机得到铁路隧道里层图象的系统。 来自加拿 大的一个道路设备集团股份有限公司，已经研究出一个由一台超声波传感器、

4、一台陀螺 传感器和一架CCD照相机组成，能够在80千米/小时速度下得到道路图象的系统，并且 这种系统已经在市场上出售。这种系统对裂缝、渗漏、剥落和裂片图象数据的收集非常有用；不过，他们不提供 自动的裂缝检查系统。如果要对裂缝数据作出迅速和客观的评估，裂缝检查和测量就必 须是全自动化。照相机和激光技术已经被广泛地应用在获得建筑物表面的检查图象上，但是激光扫 描设备的费用很昂贵；另外，它还有一个影响系统维护的发热问题。这两个问题使得它 在各个领域的工作效力都很差。照像机扫描设备比激光设备成本更低，但是它在黑暗环 境里有照明问题。因为费用是在工程实施中考虑较多的一个因素，所以要更进一步地研 究表面图

5、像数据收集技术，这样才能保证在低成本照相机的方法下，依然能够保证混凝 土结构的高水平的安全。综上所述，这项研究提议的在一个隧道里由一个移动机器人和 一个裂缝察觉系统组成的自动化表面裂缝检查系统，将会比人工的检查更节省资源，效 率更咼。2、实验情况在距观察的墙壁有一段固定位移的情况下，移动机器人系统在没有检查员帮助的情 况下通过一台CCD照相机获得图像数据。通过表格1提及的两类照相机与表格2的比较 描述了在这个研究系统中使用的 CCD照相机的性能规格。矩陪馳相机和线性打描照相机的比较矩阵履相机LSI-512 51220W) 2000500ft肃格低高低照相机空耳m510 in2 10 hl1 I

6、HiH像盍浅打描帆相机的性皑规格元素性能规格4W像畫23 kHZLVDS为了获得更清晰的图像，机器人采用了一台高功率发光器、减震设备和一个以测量 系统速度来控制CCD照相机的传感器。为了获得一个 0.3毫米/象素的分辨率，系统可 以以5千米/小时的速度运行。裂缝检查系统由能测出裂缝的厚度、长度、方向的软件组成，这些对一个结构表面 的检查来说都是非常重要的因素。为了测试这个系统，实验在如图1中所示在大楼和道路隧道内进行。图13. 检查机器人系统3.1.检查考虑到安全的因素，混凝土的结构被分为裂缝，渗漏，裂片和其他属性检查； 不过, 裂缝占有最重要的位置，因为它最影响混凝土的状况.混凝土结构的裂缝

7、起因于不完善的修葺、温度迅速降低引起的收缩、热胀冷缩引起 的波动、和扩大的场地而带来的额外负荷。大约40%勺裂缝是垂直的，119是水平裂缝可被分为垂直，水平，剪切和复合几类 的，30%?切，具体请参阅图2。.图2裂缝的方向3.2.系统配置移动的机器人系统由视觉，机械，和数据存储设备组成。这些设备储存着混凝土结构的表面图像，使裂缝和非裂缝地区的分布状态反差最大化和当系统自动移动到和结构 平行时使噪音减到最小。裂缝探测系统其实就是一个从图象数据中筛选并且计算出裂缝的数字化信息的软 件。这个软件选出裂缝的长度，宽度和方向。假如需要精密地检查这个结构，裂缝探测 系统可以提供帮助信息。图3检査系统的组台

8、栢图移动机器人系统由一台CC照像机，框架抓钩，控制仪器自动调节焦距设备，减震设 备，发光器和测量元件的速度和位置编码器；如图 3所示。为了计算结构与机器人的距 离，运用速度和位置因素，可以使照像机在无人状态下可以自动调节焦距。3.3.移动机器人系统机器人有两个被自动助推器独立操作的轮子车轮的独立运动运动学模型如图 4Pun/H1I照相机减狀垃备图像芯片控制F94移动机器人系统在图5中，M点是个基准点，它也是机器人的重心，也是坐标的原点。假设认为机器 人的车轮能不断前进在一个没有边的表面上。通过做这个假定，以下的运动学公式可被 获得。左“ =#(f + fljjcosP yM =彳(玄+心)血护

9、说明：(1)是大多数一般化的两轮驱动机器人在运动学上的函数。不过，前两个公式 有着不能完全结合的特征，所以很难控制机器人。那个控制点或者车轮连接机器人的点 被距它们距离为d的M点分开。当控制点设在机器人的中心时，也就是当d=0,控制点不能被准确连接。不过，当d0时，那些控制点就可以连接到C点。因此，d不能为零，但 是一定要足够允许那些控制点可以被设在 M点的附近。这项研究使用了 02年出现的机载系统GSMR (指导型服务移动机器人)的主要硬件 和道路跟踪算法。更多的细节数学方法在 Ref里有解释。何.4. 裂缝检查算法4.1.理论算法裂缝和非裂缝的地区通过他们对比各自的光反射率值来区分。从反射

10、的图像得到的资料会被用于裂缝察觉和物理测量算法。图象处理的全部自动化目前还是很难实现，因 为准确的结果很难在不确定的环境里获得。因此，在这项研究过程中，整个裂缝察觉的 半自动化算法只能使用图6中的方法实现。检査裂口 )联接邻近区域3 填充区域虽然裂缝察觉系统的照明装置不是很稳定, 亮度的差别可以用公式(2)的均衡作用达到。但是在裂缝和非裂缝的地区之间的一种(2)输出数押;标记区域图&自动检音的运算流程昭式中，sk获得使正常的灰色素值n像素个数nj含有j灰色素值的像素个数k输入的灰色素通过调和量算子我们可以从图像中提出裂缝信息。如式(3)所示，算子已经获得了对裂口的定向。11.fa =J 騎 G

11、5 式中,从图7我们发现从第二个导数找零点比从第一个导数找最大点容易图7 零交点的标记剖面图另外，调和量算子是一个不变量，因此被获得的裂口是一个封闭的曲线，这对得到 一个包括裂缝裂口的区域是有利的。作为第2步，因为调和量算子对噪音敏感，系统使用了刚性的高斯型曲线过滤器。被发现的裂口形成了一个沟壑，这被定义为在两裂口之间的一个最低点，参阅图8在8图(a)显示的一维外形被扫描产生朝裂口方向的二维图，如图8(b)。(a)r wn t v 图12裂缝检查的软件系统HcraontalvwtcjfmmsubHoreortal pnw肿sispmnMpttElsThckneft&图13 绘图数据窗口9 图1

12、4套图塑料膜52实验结果图15显示的是从室内的结构获得的这幅图像，发现的裂缝则会显示在图16中。在图15的右边显示的两条垂直的线是嵌入在结构里的槽沟。因此，这些直线在它们被分辨出 后将会被除去。显示在图15的右边的直线会被排除，因为那些线不是真正的裂缝。11图17和18显示的是被处理后的图像数据和被选出的裂缝因为铁棒的终点线正好足够长，但是改成某些形状后，他们就不会被认为是裂缝了。为了通过人眼的辨别率，系统通过图画来显示结果。裂缝则使垂直，水平，和斜的校正方向，以及它们的长度，宽度，起点和终点来表达。这篇文章里我们推荐这个裂缝检查系统，虽然它比较依赖操作环境的状况，有一个 75-85%的总出错

13、率。但是它认出的裂缝的测量误差是10%或更少。图19描述一堵地铁内侧隧道墙的图像。使用我们的系统，这幅图像将会经过图20的判别环节后被选出。图20这个结果说明被提议的系统能够识别裂缝甚至当它们不是足够长，在形状上很明显需要更多的试验，包括裂片等等。6.结论这篇文章提出使用图象处理程序来避免人的检查失误的一个结构裂缝检查系统，这些检查失误包括裂缝的错误判别，效率低，主观性大和数据管理效率低。系统在室内的实 验设置已经被证实，包括一个室内的建筑物，一条道路隧道和一条地铁隧道。即使用先 进的察觉方法，裂缝和非裂缝的错误的识别仍然存在。 因此，考虑到要把错误的点去掉， 半自动化系统用图像搜索的方法才能确保如此， 这种方法要求用户输入每个裂缝的起点 和终点。为了得到一个实用的系统，我们一定要加强对裂缝特性的深度和完全自动化的算法的研究。希望这篇文章能鼓励这样的研究继续下去附件2:外文原文（复印件）Q13579-e2O13579135791357913579246a913579135791357913579m3omn0-1基基基ImN 1于控制面板的研制于0研制于究空/-记_担:式W试仪的研制于于应计与研究研度仪的研制线切割机床短循环走丝方式研究nr究研究器理中勺应用研究应用 系统的研制机2E片机2Ewswbb自m于机I系统的设计与研究0M的工