諸如交通網(wǎng)絡(luò)之類的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施是現(xiàn)代社會(huì)的生命線。極端天氣事件可能會(huì)損壞鐵軌，道路，隧道和橋梁。弗勞恩霍夫物理測(cè)量技術(shù)研究所(IPM)開發(fā)了一種新穎的3-D激光掃描儀，可用于密切監(jiān)視運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施并及時(shí)計(jì)劃維護(hù)工作。多光譜傳感器系統(tǒng)可以在單個(gè)檢查過(guò)程中測(cè)量物體的表面結(jié)構(gòu)以及表面水分。

冬季風(fēng)暴，暴雨和洪水會(huì)嚴(yán)重破壞鐵路網(wǎng)絡(luò)和道路。檢測(cè)路面，隧道墻和其他重要基礎(chǔ)設(shè)施中的裂縫和其他缺陷至關(guān)重要。為此，一種方法是使用帶有非接觸式高精度移動(dòng)激光掃描儀的測(cè)量車輛，該掃描儀可以在三個(gè)維度上繪制周圍的環(huán)境。來(lái)自弗賴堡的Fraunhofer IPM的研究人員開發(fā)了一種隧道檢查系統(tǒng)(TIS)，該系統(tǒng)可用于兩種不同的激光波長(zhǎng)。除了捕獲隧道，橋梁或其他結(jié)構(gòu)的幾何形狀外，該系統(tǒng)還因其獨(dú)特的測(cè)量表面濕度的能力而引人注目。TIS可以確定隧道的內(nèi)墻是干燥還是潮濕，例如，從而提供有關(guān)隧道結(jié)構(gòu)健康的重要線索。與基于攝像頭的方法不同，TIS還可在不利的光照條件下工作。除隧道外，掃描儀還可以評(píng)估公路和??鐵路的結(jié)構(gòu)健康狀況。它產(chǎn)生的地理參考3-D數(shù)據(jù)可以自動(dòng)評(píng)估。

TIS可以檢測(cè)到只有幾毫米的缺陷。Fraunhofer IPM的科學(xué)家Alexander Reiterer教授說(shuō)：“掃描儀安裝在測(cè)量車輛上，以每小時(shí)80公里的速度掃描結(jié)構(gòu)，測(cè)量其整體幾何形狀，并在隨后的檢查過(guò)程中，對(duì)這種幾何形狀的任何變化進(jìn)行測(cè)量。” 。該系統(tǒng)每秒捕獲200萬(wàn)個(gè)測(cè)量點(diǎn)-換句話說(shuō)，測(cè)量束每秒覆蓋200萬(wàn)次TIS和它正在測(cè)量的對(duì)象(例如墻壁)之間的距離。使用旋轉(zhuǎn)鏡將測(cè)量光束在360度半徑內(nèi)每秒偏轉(zhuǎn)200次，以確保覆蓋被檢查物體。這使其成為世界上同類產(chǎn)品中最快的掃描儀。它可以測(cè)量的最大距離為80米，這足以滿足其目的。掃描過(guò)程的結(jié)果是點(diǎn)云形式的環(huán)境3-D模型。TIS設(shè)計(jì)為即使在惡劣條件下也可以工作，對(duì)熱和冷具有極好的耐受性，并且可以在-50攝氏度至+50攝氏度的溫度下工作。

激光掃描儀通常根據(jù)飛行時(shí)間測(cè)量原理工作。換句話說(shuō)，它們測(cè)量光從發(fā)射器傳播到物體再返回到檢測(cè)器所需的時(shí)間，并根據(jù)光速計(jì)算距離。TIS通過(guò)使用更復(fù)雜的相移方法采用了不同的方法：“這涉及到發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度的高頻調(diào)制。光從光波傳播到目標(biāo)并返回目標(biāo)所花費(fèi)的時(shí)間是根據(jù)信號(hào)之間的相移來(lái)計(jì)算的。發(fā)射和接收信號(hào)，”研究人員說(shuō)。

使用共線發(fā)射的兩個(gè)不同波長(zhǎng)(1320 nm和1450 nm)的激光束測(cè)量表面水分。它們被水吸收的程度不同，但非常特定。所測(cè)量信號(hào)的強(qiáng)度指示了隧道壁表面上的水分含量。“紅外光會(huì)被水強(qiáng)烈吸收，我們可以利用這種物理效應(yīng)。我們使用兩個(gè)非常接近的波長(zhǎng)，其中一個(gè)被強(qiáng)吸收，而另一個(gè)則不那么強(qiáng)。該差值使我們能夠計(jì)算出水分。”