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【重工機械網(wǎng) 國內(nèi)新聞】來自中國城市軌道交通協(xié)會的消息顯示，2020年，我國內(nèi)地累計有41個城市開通城軌交通線路7141.55公里。地鐵已經(jīng)成為城市日常出行*的交通工具，但在地鐵隧道中也會出現(xiàn)各種“病害”，威脅著人們的出行安全。
張雅欣(左)和吳傳昊正在開展模擬測量。
“當(dāng)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(shè)備，效率低、成本高，無法滿足龐大的里程檢測需求。”揚州大學(xué)信息工程學(xué)院(人工智能學(xué)院)副教授徐永安在接受《中國科學(xué)報》采訪時表示。
如何高效、準(zhǔn)確、經(jīng)濟地檢測出地鐵隧道“病害”？在“科創(chuàng)導(dǎo)師”制的“牽線搭橋”下，揚州大學(xué)信息工程學(xué)院(人工智能學(xué)院)學(xué)生張雅欣等組建了大學(xué)生科技創(chuàng)新團隊。由導(dǎo)師徐永安指導(dǎo)，團隊研發(fā)了地鐵隧道三維激光檢測系統(tǒng)。“該系統(tǒng)檢測速度可達國外同類設(shè)備的5倍以上。”張雅欣告訴《中國科學(xué)報》。
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(chuàng)業(yè)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(xué)生科技創(chuàng)新團隊，選擇了地鐵隧道檢測研究。
對張雅欣而言，導(dǎo)師不僅是科研路上的護航人，更是自己創(chuàng)業(yè)的榜樣。記者獲悉，在科技創(chuàng)新和科研成果轉(zhuǎn)化路上，徐永安已經(jīng)堅持了20多年。
1997年，在北京舉辦的中國*機床展覽會上，一個擺放著國外光學(xué)測量的展臺被觀眾圍得水泄不通，正在攻讀博士學(xué)位的徐永安也是圍觀者之一。
從展會回來后，研制光學(xué)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(jīng)兩年攻關(guān)，終于研制出國產(chǎn)光學(xué)測量儀。但在當(dāng)時，他對科研成果轉(zhuǎn)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(shè)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(chuàng)辦了一家公司，并將自主研發(fā)的光學(xué)測量儀設(shè)備推向市場。
當(dāng)然，教書育人才是徐永安的本職工作。如何讓學(xué)生在學(xué)習(xí)課本知識之外，學(xué)會創(chuàng)新思考，嘗試自主研發(fā)技術(shù)并推動成果落地轉(zhuǎn)化？20世紀(jì)90年代，揚州大學(xué)開啟了“科創(chuàng)導(dǎo)師”制的探索之路，讓學(xué)生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下參與科技創(chuàng)新工作。
徐永安告訴《中國科學(xué)報》：“過去，學(xué)生與導(dǎo)師的關(guān)系，主要是學(xué)生在導(dǎo)師的實驗室開展科研，導(dǎo)師對學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計進行指導(dǎo)?，F(xiàn)在，導(dǎo)師不但要在科研上指導(dǎo)學(xué)生，還要帶領(lǐng)學(xué)生開展科創(chuàng)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(nèi)外地鐵隧道自動化檢測系統(tǒng)大多采用1個激光點繞隧道旋轉(zhuǎn)的測量技術(shù)，檢測速度慢。“好比一個電動機帶著一個手電筒旋轉(zhuǎn)，手電筒每次照射在物體表面時只能出現(xiàn)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(xiàn)快速檢測呢？經(jīng)過一年多的攻關(guān)，以張雅欣為首的大學(xué)生科技創(chuàng)新團隊研發(fā)出6條激光線掃描技術(shù)，360°環(huán)形激光線投射在隧道表面，8部每秒500幀高速數(shù)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(biāo)。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(fā)過程并非一帆風(fēng)順。在徐永安的指導(dǎo)下，張雅欣帶領(lǐng)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(diào)研。團隊在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，地鐵公司對隧道快速檢測系統(tǒng)有著迫切的需求。
在精準(zhǔn)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(xiàn)場開展檢測工作，因為這段時間地鐵處于停運狀態(tài)。另外，每天進入現(xiàn)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(jīng)過近3個月的測量，張雅欣團隊發(fā)現(xiàn)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(jīng)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(fā)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(huán)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(chǎn)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(shù)據(jù)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(tài)測量誤差。”
“該系統(tǒng)檢測速度*可達每小時17.1公里，是國外同類設(shè)備的5倍以上，動態(tài)精度為±1.6毫米，檢測密度小于2毫米，而價格只有國外設(shè)備的70%左右。”張雅欣表示，系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶需求制定檢測速度、密度、精度。
徐永安透露，目前，該系統(tǒng)申請發(fā)明*4項、登記軟件著作權(quán)4項，通過了江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院質(zhì)檢，符合CMA中國計量認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。
大學(xué)生創(chuàng)業(yè)還需多磨礪
來自用戶的消息顯示，張雅欣團隊研發(fā)的這套系統(tǒng)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(yīng)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(xù)對產(chǎn)品進行優(yōu)化設(shè)計，并計劃注冊成立公司。“地鐵里程數(shù)較大的城市，可直接購買檢測系統(tǒng)；地鐵里程數(shù)小的城市，可購買檢測服務(wù)。”
在張雅欣看來，雖然研發(fā)過程非常艱辛，但非常有意義。“一方面培養(yǎng)了我們解決問題的能力，另一方面還培養(yǎng)了我們團隊建設(shè)、組織和管理的能力，對未來的創(chuàng)業(yè)起了鋪墊作用。”
她感嘆道：“大學(xué)生參與科創(chuàng)，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(guān)。”
徐永安也指出，對于剛畢業(yè)的學(xué)生而言，如果沒有成熟的技術(shù)積累和市場認(rèn)知，可以*入企業(yè)積累幾年經(jīng)驗，對市場形成一定認(rèn)知后再進行創(chuàng)業(yè)。
在他看來，高校“孵化器”應(yīng)該實現(xiàn)良性循環(huán)，當(dāng)政府和高校投入資金等支持后，若能實現(xiàn)良好的產(chǎn)出，投入的積極性也將越來越大，反之則可能陷入不良循環(huán)。“政府和高校還應(yīng)進一步研究如何解決這一矛盾。”
原標(biāo)題：揚州大學(xué)“學(xué)生團”研制地鐵隧道“體檢儀”
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