日本研发轻型毫米波雷达技术,实现 1/1000 毫秒内精准检测建筑物内部缺陷

传感互联 2023-12-21
1988 字丨阅读本文需 5 分钟

还记得么?2018至2019年,澳洲公寓房市场一片狼藉。Opal Tower开裂,Mascot Tower下沉,大量建筑质量问题陆续登上新闻版面。一时之间,人们一提到公寓和公寓楼花就谈虎色变。这类房产的业主和准业主心里更是七上八下。此后几年间,公寓项目在市场上普遍受到冷遇,资本收益甚微,甚至有些至今还是负数。

建筑质量在澳州是个老生常谈的话题,长期困扰着广大业主。调查显示,10名消费者中只有3名有信心购买中高密度房产,64%的受访者表示担心房产存在缺陷。与此对应的是,74%的潜在买家对潜在缺陷保险怀有信心,49%的买家愿意为投保的房产支付更多费用。

提出轻型毫米波雷达技术

近日, JFE 商事电子株式会社与大阪大学合作,宣布利用毫米波雷达技术检测建筑物外墙内部缺陷*的非接触、无损实验取得成功。2021 年的第二次实验证实了该技术的重大改进,包括毫米波雷达的小型化和轻量化,以及在不到 1/1000 毫秒的时间内检测到每个点的缺陷。

在检查公寓、办公楼等高层建筑的外墙时,敲击检查和目视检查是主流。随着技术的发展,使用高精度相机和无人机等红外线进行更详细的调查已成为可能,但这种方法无法实现内部缺陷的可视化,并且测量结果的可靠性存在问题。

针对这种情况,J-Sho Electronics与我们有着长期合作关系的大阪大学合作,启动了一个项目,开发一种使用具有穿透材料能力的微波和毫米波的新检查方法。第一个模型于 2021 年发布,成功以非接触、无损的方式透视烟囱内壁衬里材料的厚度。现在,通过改进雷达技术,研究团队已经成功地直接可视化建筑物外墙的内部缺陷。

之后,通过技术改进,团队成功地将第一款型号的毫米波雷达部分的重量从1,300克减轻到435克。这样一来,之前实验中只能使用大型无人机(6.3公斤)才能实现的功能,现在可以使用小型无人机(1.4公斤)来实现。

建筑内部缺陷监测如何实现的?

本项目采用的毫米波雷达技术是一种利用光通信技术的雷达系统,通过检查无线电波的频率差来识别外墙内部缺陷的位置。

毫米波是指30GHz至300GHz频段的无线电波,波长以毫米为单位。 G是10⁹的单位。毫米波雷达是一种通过将毫米波照射到物体上进行传感的设备,可以测量物体的距离、角度以及与物体的相对速度等位置信息。在日本,24 GHz(0.2 GHz 频段,75 cm 理论分辨率)、60 GHz(7 GHz,2.14 cm)、77 GHz(1 GHz,15 cm)和 79 GHz(4 GHz,3.75 cm)用于-车载雷达。

在光通信波长(1.55μm)波段,产生两种不同波长的光信号,通过光纤传输,并通过将光信号馈入光电转换器将光信号转换为电信号。这会产生频率与两个光信号之间的波长差相对应的无线电波。通过精确控制光的波长,可以产生大约 4GHz 至 40GHz 范围内任何频段的无线电波。

该无线电波在改变其频率的同时照射目标物体。通过计算从目标物体反射回来的无线电波与原始无线电波之间的幅度差,可以确定外墙内部缺陷的位置。

在这个演示实验中,团队使用了国际先进电信研究所 (ATR) 的大型电波暗室。无人机被放置在GPS无法到达的环境中,由专业飞行员手动控制飞行。未来,我们希望将自主飞行无人机、远程机器人等与已开发的雷达技术相结合,进一步加快实际应用的研发。

助力延长可持续建筑的使用寿命

建筑大部分是用砖块、石头、木材、钢材、玻璃、混凝土等建造的,虽没有生命但相当耐久。所谓建筑的寿命是相对于人对建筑的使用期限要求而言的。临时性建筑可能只存在几个月、几天,甚至几小时,如为了商品交易、展览、演出、节庆等活动搭建的临时舞台场所,往往采用轻巧的结构和材料,容易建也容易拆。然而,临时建筑虽然寿命不长,如同昙花一现,但同样可能成为杰作。

比如普通的学校建筑一般预计服务50年,而国家大剧院这样重要的项目或纪念性建筑则要求达到100年。建筑的设计寿命越长,就需要使用更加坚固、耐久和高质量的结构与材料,投资也会相应加大。很多普通建筑随着时间的推移和社会的发展,可能不再适应新的使用要求。因此,应该根据实际需要来选择建筑材料这样才能更加经济有效地利用好资源。

然而,除了可以作为物质空间使用外,建筑还是重要的社会文化载体。从不同时期的建筑中我们可以了解到特定历史阶段的经济、社会、技术、文化和艺术的发展,也正是由这些不同年代的建筑共同构成了丰富有趣的城市景观。因此。人们常常会想方设法延长建筑的寿命,这既是为了节约资源,也是为了延续传统。这样说来,建筑的寿命就可能长达数百年,乃至几千年了。

为建筑延年益寿的方式包括定期保养、手术和整体更新换代等。即使是破损严重、空间不能再使用的建筑,例如北京的圆明园、希腊的雅典卫城等也可以作为遗迹供参观;或是将这些古建筑片段的装饰物或材料等用到新的建筑筑中去,就像人去世后器官可以移植一样,这也是延续建筑生命的一种形式。

目前,建筑行业的长期问题之一是由于工程师的老龄化和退休而导致的整体劳动人口的下降以及技术人员和研究人员的短缺。在这样的环境下,无人机巡检因其效率和安全性而存在很高的市场需求,预计到2027年将从目前的数百亿日元规模增长到1000亿日元以上。

通过该项目,JCOM Electronics 旨在延长可持续建筑的使用寿命,确保高效率和安全性,而不需要大规模的资本投资或人力资源。也是全社会防灾减灾的实现。未来,我们将继续开发利用配备毫米波雷达的无人机和机器人在二维平面上对建筑物进行广域扫描的技术,以及对各种结构和基础设施设备进行诊断的实际应用。

文章来源: 无人机网,澳洲财经见闻,邯郸市凯道建筑工程有限公司

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