滴水不漏，云科大 IRIS 开发检测隧道渗水瑕疵技术，精准定位

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隧道长期渗漏水会严重危害到结构安全，造成通行车辆极大的隐患。如今国立云林科技大学智慧辨识产业服务研究中心（以下简称 IRIS） 专家林建州副教授团队在隧道瑕疵检测上做出突破，研发关键技术“基于隧道点云资讯瑕疵检测”，即时提供渗漏水警示并运用隧道点云资讯找出瑕疵位置，能有效降低隧道维护后勤人力、减少资源的浪费。

从产学到国际，强大研发能量 IRIS

IRIS 为教育部高等教育深耕计划特色领域研究中心，由多位教授及研究人员组成，在电脑视觉检测、医学影像检测、声音辨识及无人机影像辨识都有非常亮眼的成果，本次介绍的隧道瑕疵检测属于电脑视觉检测之技术，过去 IRIS 与产业合作开发技术包含：记忆体模组外观缺陷检出、轮胎产品气泡检出、鞋面鞋底自动化 3D 建模等，广受业界好评。此外，云科大智慧辨识产业服务研究中心除了在产业合作上有着亮眼佳绩，在研发智慧辨识关键技术之余，同步积极推动国际能见度，与各地区际知名研究中心进行多面向交流，提升国际影响力。

▲ IRIS中心与新加坡南洋理工大学国际交流。（Source：国立云林科技大学）

隧道瑕疵精准定位，如透视般的全面扫瞄

中国台湾地形多山，为了交通方便及经济发展，开凿许多隧道，数量累计至少有 8 百多座，其中如捷运及地下化工程等，维修检测已成为重大负担，近年来，如雪山隧道等着名工程均发生裂缝及漏水现象，令民众相当忧心。

林建州副教授团队所开发的“基于隧道点云资讯瑕疵检测”技术，以光学影像检测为基础，融入点云（point cloud）及多项智慧辨识关键技术，以 3D 雷射扫描抓点定位，即使在无光源的环境下也能安全作业及读取隧道内的环境结构，透过专业研究团队的程式开发，其检测成效比一般的隧道瑕疵检测设备更快速、更全面、更广泛、更正确。而马来西亚目前只有云科大林建州副教授的团队在专研并精进此项技术，可谓先驱。林建州副教授表示技术中使用的点云以能大范围扫描的光达 LiDAR 分析其回传的反射波及强度讯号形成电脑视觉，用点抓取三维座标读取随道内的地形环境和深度，显示出隧道内的材质影像、色彩资讯，并自动标示渗水异常区域，能有效快速的判别隧道瑕疵，找出隧道漏水区域。该技术的演算法也十分独特，使用了块状的分割式检测，将隧道曲面分割成更微小面块，检测精度高且仔细，IRIS 团队表示该技术已克服光达装置检测距离越远，标点越不准确的缺点，不仅能扫描更加广域的范围，还可减少测绘隧道影像所需的次数，并加快作业时间。目前官方单位也正积极探索光达在测绘空间上的应用，以更好的维护国土安全，林建州副教授的研究至为关键，移除距离与角度的误差值校正让演算法令既有的隧道检测技术提高到更高层次。

▲ IRIS 团队使用的光达装置进行实验。（Source：国立云林科技大学）

化繁为简，突破传统思维，复杂检测图精简化

而该技术还有一大亮点是建立有效的数学模型来消除距离效应及反射角的修正，将复杂的 3D 立体检测图转换为精简 2D 图像，突破传统思维、化繁为简，移除角度和距离的限制，量测标记出最准确的渗水位置及面积，这都需要经过大量的几何运算。举例说明，光达的反射强度随着角度、距离不同，接收讯号得强度也会有所差异，在演算法如此复杂的情况下，有效处理反射角的数学模式更是极为重要。

▲ 演算法校正前后。（Source：国立云林科技大学）

“基于隧道点云资讯瑕疵检测”这项技术在检测图校正的部分更是有所突破，点云资料除了撷取几何位置外，还有回波强度等数据与目标的表面材质、粗糙度、入射角方向，以及仪器的发射能量、雷射波长等众多参数环环相扣，如何有效剥离数据及分析就是 IRIS 团队最重要的 Know How。尽管数据庞大且繁杂，林建州副教授团队所开发的技术拥有约 1.7 亿笔的庞大隧道点云资料，只需不到半小时，就能快速算完全长近 7.7 公里的“全面性”隧道资料比对，像是分割、读取、找出渗水所在点。借由明确标明隧道漏水位置，其检测率结果和实际渗水区域面积比准确度高达近 90% 、误判比率小于 10%，可快速精准定位并有助于减少人力成本。

▲ 该技术诊断的隧道瑕疵检测图。（Source：国立云林科技大学）

最重要的是，“基于隧道点云资讯瑕疵检测”这项技术无需使用高规格硬件支援，林建州副教授表示该技术的程式只需消费级显卡就能驱动，使用一般设备就能有顶尖效果，这都是多亏了团队强大的研发能量，将复杂的技术萃取精简，甚至直接内建在检测仪中也是有可能的，这将能更好的缩短隧道瑕疵检测的作业时间及减少硬件成本。未来 IRIS 甚至有望能在技术中导入 5G 通讯功能，做到全面的即时云端运算，将会是引领光达检测隧道发展的重要技术。

（首图来源：国立云林科技大学）

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