应用案例
近日，同济大学科研团队在地下混凝土衬砌结构检测领域取得重要进展——依托杭州彩谱科技（CHNSpec Technology）研发的FigSpec FS-27高光谱相机，成功构建融合高光谱成像（HSI）与深度神经网络（DNN）的无损检测技术，实现了地下隧道衬砌抗压强度的自动化、高精度监测及缺陷可视化，相关成果已被国际顶级期刊《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》（SCIE 1区Top期刊）接收发表。
随着城市化进程加速，地铁隧道、越江通道等地下基础设施规模持续扩大。混凝土衬砌作为地下工程的核心防护结构，其抗压强度直接关系到结构完整性和运营安全。然而，地下环境密闭复杂，传统检测方法面临诸多局限：核心取样、拉拔试验等破坏性方法会损伤结构，且耗时耗力；超声波、回弹仪等常规无损技术精度不足，无法实现强度分布的空间可视化，难以精准识别裂缝、剥落、渗漏等局部缺陷。
上海地铁12号线、青岛地铁8号线等跨江隧道的实际运营数据显示，长期地下水侵蚀、地质应力作用易导致衬砌强度衰减，若不能及时精准监测，可能引发结构隐患。因此，开发非接触、自动化、高精度的检测技术成为地下工程维护领域的迫切需求。
科研团队选用的彩谱FigSpec FS-27高光谱相机，成为此次技术突破的关键硬件支撑。该相机搭载InGaAs传感器，可在900-1700nm近红外光谱范围捕获1024个连续波段数据，光谱分辨率达6.5nm，能精准捕捉混凝土表面的细微光谱特征差异，为强度评估提供丰富的理化信息基础。配合卤素光源与标准反射率校准板，该设备在隧道昏暗、复杂环境下仍能稳定获取1280×1280像素的高清晰度光谱图像，满足现场检测的严苛要求。
基于该相机获取的高维光谱数据，团队创新研发了两种DNN回归模型，其中分段光谱深度神经回归器（SegS_DNR）表现最为突出：通过5×5像素窗口的空间-光谱特征融合，模型测试集决定系数（Rp²）达0.925，残差预测偏差（RPD）达5.28，远超传统偏最小二乘回归（PLSR）和随机森林（RFR）模型；同时生成二维抗压强度分布热图，直观呈现衬砌不同区域的强度差异，实现“定量检测+可视化呈现”双重目标。
在上海地铁12号线跨黄浦江隧道的现场验证中，该技术不仅精准测得正常区域衬砌强度（均值约47.6MPa），还能清晰识别裂缝、剥落、渗漏区域的强度衰减特征——缺陷区域强度均值降至33-37MPa，与实际工程检测结果高度吻合，识别精度媲美资深工程师。
此次技术突破中，彩谱FigSpec FS-27高光谱相机的高稳定性、高光谱分辨率优势得到充分验证，其与深度学习算法的协同应用，彻底改变了地下衬砌结构检测的传统模式。该技术无需接触结构表面，可快速完成大面积扫描检测，生成的强度分布图能直接为维护决策提供数据支撑，大幅提升地下工程 lifecycle管理的科学性和效率。
目前，该技术已在跨江隧道、海底隧道等复杂地质条件的地下工程中完成试点应用，未来有望结合机器人巡检、物联网（IoT）和建筑信息模型（BIM）技术，构建地下基础设施智能监测体系。杭州彩谱科技相关负责人表示，将持续优化高光谱成像设备的工程化适配能力，为交通、土木、地质等领域的无损检测需求提供更具针对性的技术解决方案。
这项科研成果的落地，不仅为地下工程安全保障提供了全新技术路径，也彰显了国产高光谱设备在高端科研与工程应用中的核心竞争力，为我国地下基础设施的安全、可持续运营注入新动能。
FS-27 是 FigSpec® FS2X 系列中的短波近红外成像高光谱相机，采用透射光栅分光技术，具备高分辨率、高稳定性等优势，适用于多领域专业光谱成像分析。
核心产品特点:
光谱性能优异：覆盖 900-1700nm 短波近红外范围，波长分辨率优于 6nm，支持 1024 个光谱通道。成像质量可靠：图像分辨率达 1280*1280，动态范围 12 bits，信噪比 600:1，杂散光水平仅 0.5%。操作便捷高效：内置扫描成像与辅助取景摄像头，可实时监控拍摄区域；支持多个区域 ROI 功能，成像速度 10 秒 / 次。
(论文全文可通过sciencedirect官网进行搜索阅读：https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2025.06.007)
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