彩譜FigSpec FS-27高光譜相機助力地下工程科研突破 實現襯砌結構抗壓強度無損精準監測

近日，同濟大學科研團隊在地下混凝土襯砌結構檢測領域取得重要進展——依托杭州彩譜科技（CHNSpec Technology）研發的FigSpec FS-27高光譜相機，成功構建融合高光譜成像（HSI）與深度神經網絡（DNN）的無損檢測技術，實現了地下隧道襯砌抗壓強度的自動化、高精度監測及缺陷可視化，相關成果已被國際頂級期刊《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》（SCIE 1區Top期刊）接收發表。

地下工程檢測痛點凸顯傳統方法亟待革新

隨著城市化進程加速，地鐵隧道、越江通道等地下基礎設施規模持續擴大。混凝土襯砌作為地下工程的核心防護結構，其抗壓強度直接關系到結構完整性和運營安全。然而，地下環境密閉復雜，傳統檢測方法面臨諸多局限：核心取樣、拉拔試驗等破壞性方法會損傷結構，且耗時耗力；超聲波、回彈儀等常規無損技術精度不足，無法實現強度分布的空間可視化，難以精準識別裂縫、剝落、滲漏等局部缺陷。

上海地鐵12號線、青島地鐵8號線等跨江隧道的實際運營數據顯示，長期地下水侵蝕、地質應力作用易導致襯砌強度衰減，若不能及時精準監測，可能引發結構隱患。因此，開發非接觸、自動化、高精度的檢測技術成為地下工程維護領域的迫切需求。

彩譜高光譜相機核心賦能技術突破實現三重創新

科研團隊選用的彩譜FigSpec FS-27高光譜相機，成為此次技術突破的關鍵硬件支撐。該相機搭載InGaAs傳感器，可在900-1700nm近紅外光譜范圍捕獲1024個連續波段數據，光譜分辨率達6.5nm，能精準捕捉混凝土表面的細微光譜特征差異，為強度評估提供豐富的理化信息基礎。配合鹵素光源與標準反射率校準板，該設備在隧道昏暗、復雜環境下仍能穩定獲取1280×1280像素的高清晰度光譜圖像，滿足現場檢測的嚴苛要求。

基于該相機獲取的高維光譜數據，團隊創新研發了兩種DNN回歸模型，其中分段光譜深度神經回歸器（SegS_DNR）表現最為突出：通過5×5像素窗口的空間-光譜特征融合，模型測試集決定系數（Rp2）達0.925，殘差預測偏差（RPD）達5.28，遠超傳統偏最小二乘回歸（PLSR）和隨機森林（RFR）模型；同時生成二維抗壓強度分布熱圖，直觀呈現襯砌不同區域的強度差異，實現“定量檢測+可視化呈現”雙重目標。

在上海地鐵12號線跨黃浦江隧道的現場驗證中，該技術不僅精準測得正常區域襯砌強度（均值約47.6MPa），還能清晰識別裂縫、剝落、滲漏區域的強度衰減特征——缺陷區域強度均值降至33-37MPa，與實際工程檢測結果高度吻合，識別精度媲美資深工程師。

賦能智能運維引領地下工程檢測新范式

此次技術突破中，彩譜FigSpec FS-27高光譜相機的高穩定性、高光譜分辨率優勢得到充分驗證，其與深度學習算法的協同應用，徹底改變了地下襯砌結構檢測的傳統模式。該技術無需接觸結構表面，可快速完成大面積掃描檢測，生成的強度分布圖能直接為維護決策提供數據支撐，大幅提升地下工程 lifecycle管理的科學性和效率。

目前，該技術已在跨江隧道、海底隧道等復雜地質條件的地下工程中完成試點應用，未來有望結合機器人巡檢、物聯網（IoT）和建筑信息模型（BIM）技術，構建地下基礎設施智能監測體系。杭州彩譜科技相關負責人表示，將持續優化高光譜成像設備的工程化適配能力，為交通、土木、地質等領域的無損檢測需求提供更具針對性的技術解決方案。

這項科研成果的落地，不僅為地下工程安全保障提供了全新技術路徑，也彰顯了國產高光譜設備在高端科研與工程應用中的核心競爭力，為我國地下基礎設施的安全、可持續運營注入新動能。

FS-27 是 FigSpec? FS2X 系列中的短波近紅外成像高光譜相機，采用透射光柵分光技術，具備高分辨率、高穩定性等優勢，適用于多領域專業光譜成像分析。

核心產品特點:

光譜性能優異：覆蓋900-1700nm 短波近紅外范圍，波長分辨率優于 6nm，支持 1024 個光譜通道。成像質量可靠：圖像分辨率達 1280*1280，動態范圍 12 bits，信噪比 600:1，雜散光水平僅 0.5%。操作便捷高效：內置掃描成像與輔助取景攝像頭，可實時監控拍攝區域；支持多個區域ROI 功能，成像速度 10 秒 / 次。

(論文全文可通過sciencedirect官網進行搜索閱讀：https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2025.06.007)

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