综述：数字图像相关性分析以及人工智能与红外热成像技术的结合，用于混凝土缺陷的检测与定位

非破坏性检测在混凝土结构评估中的应用综述，重点分析数字图像相关（DIC）与红外热成像（IRT）结合人工智能技术对缺陷映射的效能，探讨机械波、电磁波等传统技术及机器人、统计分析和物联网等创新方法的优势与局限性，提出技术融合与智能化发展路径。

萨尔曼·萨詹（Salman Sajan）| 伊尔凡·哈尼夫（Irfan Hanief）| 阿萨德·哈尼夫（Asad Hanif）

沙特阿拉伯达兰市法赫德国王石油与矿业大学（King Fahd University of Petroleum & Minerals，KFUPM）土木与环境工程系，邮编31261

摘要

无损检测（NDT）对于在不造成任何损伤的情况下确定混凝土结构的完整性、耐久性和使用寿命至关重要。本文探讨了多种无损检测方法，特别强调了数字图像相关技术（DIC）以及将人工智能（AI）与红外热成像相结合用于缺陷检测的方法。作为一项先进的光学技术，DIC通过复杂的成像和数据处理技术能够提供高精度的应变和裂纹分析。尽管DIC具有巨大潜力，但由于成本、数据解读复杂性以及需要专门知识等方面的挑战，其在大规模现场应用中的使用仍然有限。将AI与红外热成像结合使用进一步促进了缺陷检测，从而提高了使用寿命评估的准确性。本文全面分析了这两种技术的原理、应用、优势及局限性，并清晰地比较了它们在混凝土评估中的有效性。这些创新为更可靠、更精确的混凝土结构评估方法奠定了基础，最终提升了基础设施的安全性和使用寿命。

引言

无损检测（NDT）已成为现代混凝土技术的核心，它提供了一种无需破坏即可评估混凝土结构质量和完整性的多功能且高效的方法[1]。在实际工程项目的定期检查和状况评估中，无损检测技术的应用对于确保项目的安全性和可靠性至关重要[2]。随着现代基础设施复杂性的增加以及对可持续、持久建筑实践的需求不断增长，无损检测的重要性在过去二十年里呈指数级上升。探地雷达（GPR）是一种广泛使用的地球物理技术，因其易于使用、高精度和高效性而备受青睐[3][4]。

这些技术使工程师和研究人员能够评估材料性能、检测缺陷，并在保持被检测构件结构完整性的同时确保安全。通常情况下，依赖单一检测方法就足够了，但在某些情况下，这种方法无法完全了解材料的完整性。在这种情况下，结合多种检测方法就变得必不可少[5]。 无损检测的发展得益于技术的进步，如自动化、人工智能（AI）和物联网（IoT）的集成，从而实现了更精确和可靠的诊断工具。从传统的回弹锤测试到数字图像相关技术和探地雷达等先进方法，无损检测技术现已应用于混凝土评估的广泛领域[6]（如图1所示）。 无损检测（NDT）在各个行业中都发挥着重要作用，包括发电厂、航空航天、核设施、军事和国防应用，以及储罐、管道、管材的检查和复合材料的缺陷检测[5]。由于破坏性检测的成本高昂且操作复杂，人们对可靠、高效且非侵入性的方法需求日益增加，以便评估钢筋混凝土（RC）结构的状态[7]。 混凝土仍然是当今世界最重要的材料之一，它是桥梁和水坝等现代结构的支柱。然而，混凝土容易受到环境因素、化学侵蚀和机械载荷的影响而长期退化，这些因素可能导致严重的损坏，如开裂、空洞形成和钢筋腐蚀，从而危及结构的安全性和性能[5][8]。因此，有必要检查混凝土的状态并确保其性能，这推动了多种无损检测技术的发展，这些技术可以在不损害结构的情况下评估材料性能和识别缺陷。无损检测是现代混凝土科学的重要组成部分，有助于保护混凝土结构并延长其使用寿命[9]。

无损评估（NDE），通常也称为无损检测（NDT），是一种在不物理改变或损坏材料的情况下识别和分析其表面及内部缺陷的过程。本质上，NDT通过将材料或部件与既定标准进行比较来检测缺陷或不规则性，同时保持材料的原始状态和功能[5][6]。不同的基本方法总结如下：

• a.
  机械波技术（MWT）
• •
  利用机械波（超声波、声波、次声波）来评估材料性能。
• •
  这些技术直接关联到材料的机械性能，因此适用于检测缺陷、测量性能和结构监测。
• •
  广泛应用于混凝土工程中的测量、检测和监测。

b.

电磁波技术（EMT）

•

使用电磁波（如微波、雷达）进行评估。

•

可以以接触式或非接触式模式应用。

•

适用于实时和远程测量。

•

适用于非金属材料和深度穿透检测。

•

应用包括检测混凝土中的内部缺陷、水分和钢筋。

c.

光学技术

•

利用光波进行分析，主要通过干涉测量法和能量传输方法。电子散斑干涉测量法（ESPI）用于测量表面变形。

•

应用包括表面应变分析、裂纹检测和变形可视化。

d.

电法和电化学方法

•

测量受混凝土性能影响的电参数（电位、电流、电阻率）。

•

应用包括电阻率测量、半电池电位和腐蚀电流测量。

•

应用包括评估混凝土耐久性和检测与腐蚀相关的问题。

e.

磁法

•

利用磁场来检测或解释材料性能。

1.

关键现象包括交流激励（导电材料中的磁感应）、直流激励（铁磁材料中的磁通泄漏）和核磁共振（NMR）（用于详细材料分析）。

•

应用包括检测铁磁材料中的缺陷和钢筋。

f.

建筑动力学

•

测量混凝土结构在小型随机动态载荷下的振动。

•

时间和频率域分析用于确定基本频率和模态形状。

•

应用包括评估建筑物的结构行为、稳定性和完整性。