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          揚州大學研制地鐵隧道“體檢儀”
          日期:2021-4-12 9:04:00 作者:佚名 來源:本站原創
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            來自中國城市軌道交通協會的消息顯示,2020年,我國內地累計有41個城市開通城軌交通線路7141.55公里。地鐵已經成為城市日常出行必不可少的交通工具,但在地鐵隧道中也會出現各種“病害”,威脅著人們的出行安全。

            “當前,我國地鐵隧道檢測主要依賴人工檢測和少量進口自動化設備,效率低、成本高,無法滿足龐大的里程檢測需求。”揚州大學信息工程學院(人工智能學院)副教授徐永安在接受采訪時表示。

            如何高效、準確、經濟地檢測出地鐵隧道“病害”?在“科創導師”制的“牽線搭橋”下,揚州大學信息工程學院(人工智能學院)學生張雅欣等組建了大學生科技創新團隊。由導師徐永安指導,團隊研發了地鐵隧道三維激光檢測系統。“該系統檢測速度可達國外同類設備的5倍以上。”張雅欣說。

            將寶貝搬出實驗室

            在初中時期,受家人的影響,張雅欣萌生了創業的想法。2019年,正在上大二的她加入徐永安課題組,并組建了自己的大學生科技創新團隊,選擇了地鐵隧道檢測研究。

            對張雅欣而言,導師不僅是科研路上的護航人,更是自己創業的榜樣。記者獲悉,在科技創新和科研成果轉化路上,徐永安已經堅持了20多年。

            1997年,在北京舉辦的中國國際機床展覽會上,一個擺放著國外光學測量儀的展臺被觀眾圍得水泄不通,正在攻讀博士學位的徐永安也是圍觀者之一。

            從展會回來后,研制光學測量儀的想法一直縈繞在徐永安的腦海里。他隨之改變了自己的研究方向,歷經兩年攻關,終于研制出國產光學測量儀。但在當時,他對科研成果轉化還沒有深刻的意識,便將這一寶貝成果“藏”在自己的實驗室里。

            “國外的設備那么貴,你有這么好的儀器,為什么不推向市場呢?”這樣的聲音越來越多,終于說服徐永安將寶貝搬出實驗室。2011年,徐永安參與創辦了一家公司,并將自主研發的光學測量儀設備推向市場。

            當然,教書育人才是徐永安的本職工作。如何讓學生在學習課本知識之外,學會創新思考,嘗試自主研發技術并推動成果落地轉化?20世紀90年代,揚州大學開啟了“科創導師”制的探索之路,讓學生在導師的指導下參與科技創新工作。

            徐永安說:“過去,學生與導師的關系,主要是學生在導師的實驗室開展科研,導師對學生的畢業設計進行指導。現在,導師不但要在科研上指導學生,還要帶領學生開展科創工作。”

            深入隧道后改變方法

            談及為什么選擇地鐵隧道檢測研究,張雅欣告訴記者,目前,國內外地鐵隧道自動化檢測系統大多采用1個激光點繞隧道旋轉的測量技術,檢測速度慢。“好比一個電動機帶著一個手電筒旋轉,手電筒每次照射在物體表面時只能出現一個亮斑。這意味著每次只能采集一個點,效率太低。”

            如何實現快速檢測呢?經過一年多的攻關,以張雅欣為首的大學生科技創新團隊研發出6條激光線掃描技術,360°環形激光線投射在隧道表面,8部每秒500幀高速數碼相機實時采集隧道表面的激光線圖像,并換算為隧道表面形狀坐標。張雅欣解釋道:“6條激光線同時工作,地鐵隧道檢測效率得到顯著提高。”

            然而,研發過程并非一帆風順。在徐永安的指導下,張雅欣帶領團隊先后前往青島、蘭州、佛山等城市的地鐵公司,深入地鐵隧道,開展實踐調研。團隊在調研中發現,地鐵公司對隧道快速檢測系統有著迫切的需求。

            在精準了解地鐵隧道檢測痛點后,張雅欣團隊開始了與時間“賽跑”的測量工作。“我們只能在夜間12點到凌晨4點進入現場開展檢測工作,因為這段時間地鐵處于停運狀態。另外,每天進入現場前的安檢過程就要耗費半個多小時,實際的測量時間非常有限。”

            經過近3個月的測量,張雅欣團隊發現進展緩慢,于是做出了改變測量方法的決定,希望提高檢測效率。經過徐永安的點撥,團隊在實驗室里自建了模擬隧道。“在模擬隧道里開展實驗,不但提高了實驗效率,縮短了研發周期,還解決了后期新冠疫情期間實地檢測的困難。”張雅欣介紹說。

            在解決了測量環境問題后,團隊又遇到了由振動引起的測量誤差問題。“測量車在軌道上運行會產生輕微振動,這種振動會帶來一些誤差。”張雅欣團隊成員吳傳昊告訴記者。為此,團隊采用了基于特征面的方法對隧道測量數據進行糾偏,“這種方法可以大幅降低測量車振動對測量精度的影響,降低動態測量誤差。”

            “該系統檢測速度最高可達每小時17.1公里,是國外同類設備的5倍以上,動態精度為±1.6毫米,檢測密度小于2毫米,而價格只有國外設備的70%左右。”張雅欣表示,系統還可以根據用戶需求制定檢測速度、密度、精度。

            徐永安透露,目前,該系統申請發明專利4項、登記軟件著作權4項,通過了江蘇省產品質量監督檢驗研究院質檢,符合CMA中國計量認證標準。

            大學生創業還需多磨礪

            來自用戶的消息顯示,張雅欣團隊研發的這套系統已在投入運營的地鐵隧道進行了實地檢測,在檢測速度、精度以及密度方面均滿足實際應用要求。目前,已有多家軌道交通公司與團隊達成初步合作意向。

            張雅欣表示,下一步團隊將繼續對產品進行優化設計,并計劃注冊成立公司。“地鐵里程數較大的城市,可直接購買檢測系統;地鐵里程數小的城市,可購買檢測服務。”

            在張雅欣看來,雖然研發過程非常艱辛,但非常有意義。“一方面培養了我們解決問題的能力,另一方面還培養了我們團隊建設、組織和管理的能力,對未來的創業起了鋪墊作用。”

            她感嘆道:“大學生參與科創,要有頑強的毅力和勤奮刻苦的精神,對團隊中不同的意見要善于傾聽,腳踏實地攻克每一個難關。”

            徐永安也指出,對于剛畢業的學生而言,如果沒有成熟的技術積累和市場認知,可以先進入企業積累幾年經驗,對市場形成一定認知后再進行創業。

            在他看來,高校“孵化器”應該實現良性循環,當政府和高校投入資金等支持后,若能實現良好的產出,投入的積極性也將越來越大,反之則可能陷入不良循環。“政府和高校還應進一步研究如何解決這一矛盾。”


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