CHNSpec FigSpec FS-27 하이퍼 스펙트럼 카메라 지하 공학 연구의 돌파구를 지원합니다.

최근, 퉁지대학교 연구팀이 지하 콘크리트 라이닝 구조물 감지 분야에서 중요한 진전을 이루었습니다. 항저우 CHNSpec Technology가 개발한 FigSpec FS-27 하이퍼스펙트럴 카메라를 활용하여, 연구팀은 하이퍼스펙트럴 이미징(HSI)과 딥 뉴럴 네트워크(DNN)를 통합한 비파괴 감지 기술을 성공적으로 구축했습니다. 이 기술은 지하 터널 라이닝의 압축 강도를 자동화되고 고정밀하게 모니터링하고 결함을 시각화할 수 있게 해줍니다. 관련 연구 결과는 국제 최고 저널인 Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering(SCIE Q1 Top 저널)에 게재될 예정입니다.

지하 공학 감지의 문제점은 기존 방식의 혁신 필요성을 강조합니다.

도시화가 가속화됨에 따라 지하철 터널, 강 하저 터널 등 지하 기반 시설이 계속 확장되고 있습니다. 지하 공학의 핵심 보호 구조물인 콘크리트 라이닝의 압축 강도는 구조적 완전성과 운영 안전에 직접적인 영향을 미칩니다. 그러나 지하 환경은 폐쇄적이고 복잡하며, 기존 감지 방법은 많은 제약에 직면합니다. 코어 샘플링 및 인발 시험과 같은 파괴적 방법은 구조물을 손상시키고 시간과 노력이 많이 소요됩니다. 초음파 및 반발 해머와 같은 기존 비파괴 기술은 충분한 정확도가 부족하고 강도 분포의 공간적 시각화를 달성할 수 없어 균열, 박리, 누수와 같은 국부적 결함을 정확하게 식별하기 어렵습니다.

상하이 지하철 12호선 및 칭다오 지하철 8호선과 같은 강 하저 터널의 운영 데이터에 따르면, 장기간의 지하수 침식 및 지질 응력은 라이닝 강도 저하를 쉽게 유발할 수 있습니다. 시기적절하고 정확한 모니터링 없이는 구조적 위험이 발생할 수 있습니다. 따라서 비접촉, 자동화, 고정밀 감지 기술 개발은 지하 공학 유지 보수에 시급한 필요성이 되었습니다.

CHNSpec 하이퍼스펙트럴 카메라는 핵심 역량을 제공하며, 세 가지 기술 혁신을 달성합니다.

연구팀이 선택한 CHNSpec FigSpec FS-27 하이퍼스펙트럴 카메라는 이번 기술 혁신의 핵심 하드웨어 지원이 되었습니다. 이 카메라는 900~1700 nm 근적외선 스펙트럼 범위에서 1024개의 연속적인 스펙트럼 밴드를 캡처할 수 있는 InGaAs 센서를 장착하여 6.5 nm의 스펙트럼 해상도를 달성했습니다. 콘크리트 표면의 미세한 스펙트럼 특징 차이를 정확하게 캡처하여 강도 평가를 위한 풍부한 물리화학적 정보를 제공합니다. 할로겐 광원 및 표준 반사율 보정 패널과 결합하여, 이 장치는 어둡고 복잡한 터널 환경에서도 1280×1280 고화질 스펙트럼 이미지를 안정적으로 획득하여 현장 감지의 엄격한 요구 사항을 충족합니다.

카메라로 획득한 고차원 스펙트럼 데이터를 기반으로, 연구팀은 두 개의 DNN 회귀 모델을 혁신적으로 개발했습니다. 그 중, 분할 스펙트럼 딥 뉴럴 회귀 모델(SegS_DNR)이 가장 뛰어난 성능을 보였습니다. 5×5 픽셀 윈도우를 사용하여 공간-스펙트럼 특징 융합을 통해, 이 모델은 테스트 세트 결정 계수(Rp²) 0.925 및 잔차 예측 편차(RPD) 5.28을 달성하여 기존 부분 최소 자승 회귀(PLSR) 및 랜덤 포레스트(RFR) 모델을 훨씬 능가했습니다. 동시에, 다양한 라이닝 영역에서 강도 차이를 시각적으로 나타내는 2D 압축 강도 분포 히트맵을 생성하여 “정량적 감지 + 시각적 표현”이라는 두 가지 목표를 달성했습니다.

상하이 지하철 12호선 황푸강 하저 터널에서 수행된 현장 검증에서, 이 기술은 정상 구간의 압축 강도(평균 약 47.6 MPa)를 정확하게 측정했을 뿐만 아니라 균열, 박리, 누수가 있는 영역에서 강도 저하 특징을 명확하게 식별했습니다. 결함 영역의 강도 평균은 33~37 MPa로 떨어졌으며, 실제 엔지니어링 감지 결과와 매우 일치하여, 수석 엔지니어와 비슷한 인식 정확도를 보였습니다.

지능형 유지 보수를 강화하고 지하 공학 감지의 새로운 패러다임을 선도합니다.

이번 기술 혁신에서, CHNSpec FigSpec FS-27 하이퍼스펙트럴 카메라의 높은 안정성과 높은 스펙트럼 해상도 장점이 충분히 입증되었습니다. 딥 러닝 알고리즘과의 협업 적용은 지하 라이닝 구조물에 대한 기존 감지 모델을 완전히 변화시켰습니다. 이 기술은 구조물 표면에 접촉할 필요가 없으며, 대면적 스캔 감지를 신속하게 완료할 수 있으며, 생성된 강도 분포 지도는 유지 보수 의사 결정을 직접 지원하여 지하 공학 수명 주기 관리의 과학성과 효율성을 크게 향상시킵니다.

현재, 이 기술은 강 하저 터널 및 해저 터널과 같은 복잡한 지질 조건의 지하 공학 프로젝트에서 파일럿 애플리케이션을 완료했습니다. 향후, 로봇 검사, IoT(사물 인터넷) 및 BIM(건축 정보 모델링) 기술과 통합하여 지하 기반 시설을 위한 지능형 모니터링 시스템을 구축할 수 있습니다. CHNSpec의 관련 대변인에 따르면, 회사는 하이퍼스펙트럴 이미징 장비의 엔지니어링 적응성을 지속적으로 최적화하고 운송, 토목 공학, 지질학 및 기타 분야의 비파괴 검사 요구 사항에 대한 보다 맞춤형 기술 솔루션을 제공할 것입니다.

이 연구 성과의 구현은 지하 공학 안전 보장을 위한 새로운 기술적 경로를 제공할 뿐만 아니라, 국내산 하이퍼스펙트럴 장비가 고급 연구 및 엔지니어링 응용 분야에서 핵심 경쟁력을 가지고 있음을 보여주며, 중국 지하 기반 시설의 안전하고 지속 가능한 운영에 새로운 동력을 불어넣습니다.

FS-27은 FigSpec® FS2X 시리즈의 단파 근적외선 이미징 하이퍼스펙트럴 카메라입니다. 전송 격자 스펙트럼 분리 기술을 채택하고 있으며, 고해상도 및 고안정성을 특징으로 하여 여러 분야에서 전문적인 스펙트럼 이미징 분석에 적합합니다.

핵심 제품 특징:
뛰어난 스펙트럼 성능: 900~1700 nm 단파 근적외선 범위를 커버하며, 파장 분해능은 6 nm보다 우수하고, 1024개의 스펙트럼 채널을 지원합니다. 신뢰할 수 있는 이미징 품질: 이미지 해상도는 1280×1280에 달하고, 동적 범위는 12비트이며, SNR은 600:1이고, 미광 수준은 0.5%에 불과합니다. 편리하고 효율적인 작동: 내장된 스캔 이미징 및 보조 뷰 카메라는 촬영 영역을 실시간으로 모니터링할 수 있습니다; 여러 지역 ROI 기능을 지원합니다; 이미징 속도는 스캔당 10초입니다.