基于光谱响应的UV内衬软管固化状态预警方法及系统与流程

本发明涉及光谱检测，具体为基于光谱响应的uv内衬软管固化状态预警方法及系统。

背景技术：

1、随着城市排水管网非开挖修复技术的发展，uv内衬软管固化工艺被广泛用于老旧管道结构修复。该工艺通过紫外光照射使浸渍树脂的软管在原位固化成型，固化质量直接影响修复管段的承压能力、贴壁稳定性和长期服役可靠性。为减少固化不足、局部过热和材料分层带来的质量隐患，现有施工过程逐渐引入在线光谱监测、温度监测、灯链运行监测和缺陷检测手段，用于对内衬软管固化过程进行实时判断和施工反馈。

2、例如，公告号为cn121656161b的申请公开了一种uv内衬固化质量的在线光谱监测与预警装置，装置包括：布置在内衬管道内的环向分区和轴向分区的多通道uvled阵列、设置在环向分区和轴向分区的多通道uvled阵列出光端的可变光斑光学机构、与可变光斑光学机构配合的反射罩、用于驱动反射罩改变角度的反射罩角度调节机构、用于采集内衬管道内壁光谱的光谱采集单元、用于向施工人员显示信息的人机交互单元以及分别与环向分区和轴向分区的多通道uvled阵列、可变光斑光学机构、反射罩、反射罩角度调节机构、光谱采集单元和人机交互单元电连接的控制单元。

3、但是，现有光谱监测方案通常将采集到的光谱响应直接用于固化质量判断，缺少对镜面反射、水膜高亮和纤维散射干扰的同面元剥离处理，也未结合灯链轴向回写关系将光谱数据准确回写至真实内衬固化面元，导致固化剂量缺口难以及时反推，欠固化、过固化风险位置容易发生偏移，预警结果难以及时转换为降速、补照或功率调整动作。

4、因此，针对以上问题，亟需提供基于光谱响应的uv内衬软管固化状态预警方法及系统。

技术实现思路

1、解决的技术问题，针对现有技术的不足，本发明提供了基于光谱响应的uv内衬软管固化状态预警方法及系统，解决了现有uv内衬软管固化监测中光谱干扰难以剥离、固化剂量缺口难以及时反推，导致欠固化、过固化风险定位偏移且预警滞后的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于光谱响应的uv内衬软管固化状态预警方法，包括：s1，建立uv内衬软管固化空间坐标系并划分内衬固化面元，采集非固化同轴谱、非固化偏振谱和非固化暗场谱生成非固化探测面元光谱表，采集灯源输出谱、主固化同轴谱和灯链运行数据，经轴向回写生成同名面元固化光谱见证表；s2，基于非固化探测面元光谱表生成镜面基线、水膜基线和纤维基线，将主固化同轴谱归一为主固化归一谱，扣除镜面干扰谱、水膜干扰谱和纤维干扰谱，生成树脂反应净谱和面元净谱记录；s3，基于树脂反应净谱生成吸收转化比例值，结合树脂批次标定表反推目标剩余固化剂量值，并生成过照盈余值、自然续照闭合差值和补救续照闭合差值；s4，基于自然续照闭合差值、补救续照闭合差值和过照盈余值确定剂量闭合状态，将相邻内衬固化面元连接为固化状态风险带，生成固化状态预警类型和预警令牌。

3、进一步地，建立uv内衬软管固化空间坐标系并划分内衬固化面元，采集非固化同轴谱、非固化偏振谱和非固化暗场谱生成非固化探测面元光谱表的具体步骤如下：以待修复管段入口截面圆心为坐标原点，沿入口至出口的管道中心线方向确定z轴正方向，以入口截面最高点方向确定y轴正方向，按右手坐标系确定x轴正方向，建立uv内衬软管固化空间坐标系；弯曲管段按照管道中心线展开长度生成轴向里程值，将内衬表面点在对应横截面内相对于x轴正方向的夹角作为周向角度值，并划分内衬固化面元，生成内衬固化面元编号、面元轴向里程值和面元周向角度值；在uv主固化开始前，控制非固化探测光源沿灯链运行路径经过待修复管段，非固化探测光源的输出波段与树脂光引发剂吸收峰波段的最小波长间隔不小于安全间隔波长值，采集非固化同轴谱、非固化偏振谱、非固化暗场谱、灯链轴向位置值、灯链姿态角度值和探头视场角度值，并根据灯链轴向位置值、灯链姿态角度值和探头视场角度值确定返回光谱序列覆盖的内衬固化面元编号，生成非固化探测面元光谱表。

4、进一步地，采集灯源输出谱、主固化同轴谱和灯链运行数据，经轴向回写生成同名面元固化光谱见证表的具体步骤如下：在uv主固化过程中，采集灯源输出谱、主固化同轴谱、牵引速度值、灯链轴向位置值、灯链姿态角度值和光谱采集时间戳；根据连续两个光谱采集时间戳对应的灯链轴向位置值差值和牵引速度积分位移量生成轴向回写残差值，利用轴向回写残差值修正返回光谱序列对应的内衬固化面元编号；从固化灯标定表读取固化灯有效照射后边界偏移值，将灯链轴向位置值加固化灯有效照射后边界偏移值，生成固化灯有效照射后边界轴向里程值，将固化灯有效照射后边界轴向里程值达到面元轴向里程值时的光谱采集时间戳作为内衬固化面元受光终止时间戳，生成同名面元固化光谱见证表。

5、进一步地，基于非固化探测面元光谱表生成镜面基线、水膜基线和纤维基线，将主固化同轴谱归一为主固化归一谱的具体步骤如下：读取同一内衬固化面元编号对应的非固化同轴谱、非固化偏振谱和非固化暗场谱，将非固化同轴谱与非固化偏振谱逐项相减，生成镜面基线；保留非固化同轴谱中连续数据点数量小于高亮窄峰宽度阈值且峰值强度大于相邻数据点强度均值的片段，剩余数据点置零，生成水膜基线；保留非固化暗场谱中自首个数据点开始连续下降的数据点，剩余数据点置零，生成纤维基线；读取非固化探测面元光谱表和同名面元固化光谱见证表，将同一内衬固化面元编号下的主固化同轴谱与灯源输出谱按排列顺序逐项相除，生成主固化归一谱。

6、进一步地，扣除镜面干扰谱、水膜干扰谱和纤维干扰谱，生成树脂反应净谱和面元净谱记录的具体步骤如下：分别以镜面基线、水膜基线和纤维基线自身数据点强度之和为除数，对镜面基线、水膜基线和纤维基线进行归一化，生成镜面归一基线、水膜归一基线和纤维归一基线；强度之和为零时将对应归一基线置零；以镜面归一基线、水膜归一基线和纤维归一基线作为基向量，对主固化归一谱执行非负最小二乘拟合，生成镜面干扰系数、水膜干扰系数和纤维散射系数，并将镜面归一基线与镜面干扰系数相乘生成镜面干扰谱，将水膜归一基线与水膜干扰系数相乘生成水膜干扰谱，将纤维归一基线与纤维散射系数相乘生成纤维干扰谱，从主固化归一谱中扣除镜面干扰谱、水膜干扰谱和纤维干扰谱，生成树脂反应净谱；将树脂反应净谱、镜面干扰谱、水膜干扰谱和纤维干扰谱相加生成回代光谱序列，将回代光谱序列与主固化归一谱逐项相减并求平方均值，生成光谱闭合残差值，并将树脂反应净谱、镜面干扰系数、水膜干扰系数、纤维散射系数和光谱闭合残差值写入面元净谱记录。

7、进一步地，基于树脂反应净谱生成吸收转化比例值，结合树脂批次标定表反推目标剩余固化剂量值的具体步骤如下：读取面元净谱记录，从树脂反应净谱中提取光引发剂吸收峰面积值；从树脂批次标定表读取未固化吸收峰面积值、充分固化吸收峰面积值、目标吸收转化比例值、过固化剂量上限值以及吸收转化比例与有效固化剂量标定曲线，并按照未固化吸收峰面积值减去光引发剂吸收峰面积值后的差值，与未固化吸收峰面积值减去充分固化吸收峰面积值后的差值之间的比值，生成吸收转化比例值；以吸收转化比例值为查找键，对吸收转化比例与有效固化剂量标定曲线执行分段线性插值，生成已承接有效固化剂量值；以目标吸收转化比例值为查找键，对吸收转化比例与有效固化剂量标定曲线执行分段线性插值，生成目标有效固化剂量值。

8、进一步地，生成过照盈余值、自然续照闭合差值和补救续照闭合差值的具体步骤如下：将目标有效固化剂量值减去已承接有效固化剂量值，生成目标剩余固化剂量值，目标剩余固化剂量值小于零时取零；将已承接有效固化剂量值减去过固化剂量上限值，生成过照盈余值，过照盈余值小于零时取零；从同名面元固化光谱见证表读取光谱采集时间戳、内衬固化面元受光终止时间戳、牵引速度值和灯源输出谱，从光引发剂吸收权重表读取有效波段吸收权重值；将一减去镜面干扰系数、水膜干扰系数和纤维散射系数中的最大值后的结果作为有效透过系数，有效透过系数小于零时取零；将灯源输出谱与有效波段吸收权重值逐项相乘后求和，生成灯源有效强度值；将受光终止时间戳减去光谱采集时间戳，生成自然剩余受光时长；由灯源有效强度值、有效透过系数和自然剩余受光时长生成自然续照有效剂量值，将自然续照有效剂量值减去目标剩余固化剂量值，生成自然续照闭合差值；从灯链控制参数表读取允许最低牵引速度值和允许最高灯源功率对应输出谱，将允许最高灯源功率对应输出谱与有效波段吸收权重值逐项相乘后求和，生成补救灯源有效强度值；将自然剩余受光时长与牵引速度值和允许最低牵引速度值的比值相乘，生成补救剩余受光时长；由补救灯源有效强度值、有效透过系数和补救剩余受光时长生成补救续照有效剂量值，将补救续照有效剂量值减去目标剩余固化剂量值，生成补救续照闭合差值。

9、进一步地，基于自然续照闭合差值、补救续照闭合差值和过照盈余值确定剂量闭合状态的具体步骤如下：读取同名面元固化光谱见证表，按照内衬固化面元编号取得面元轴向里程值和面元周向角度值；当自然续照闭合差值小于零且补救续照闭合差值不小于零时，将对应内衬固化面元写入可补救欠固化状态；当自然续照闭合差值小于零且补救续照闭合差值小于零时，将对应内衬固化面元写入不可闭合欠固化状态；当过照盈余值大于零时，将对应内衬固化面元写入过固化状态。

10、进一步地，将相邻内衬固化面元连接为固化状态风险带，生成固化状态预警类型和预警令牌的具体步骤如下：将剂量闭合状态相同、面元轴向里程值相邻且面元周向角度值相邻的内衬固化面元连接为固化状态风险带，并生成固化状态风险带起始轴向里程值、固化状态风险带终止轴向里程值、固化状态风险带周向角度范围值和固化状态预警类型；其中，可补救欠固化状态对应降速增功率预警类型，不可闭合欠固化状态对应停机补照复核预警类型，过固化状态对应降功率提速预警类型；读取实时灯链轴向位置值、牵引速度值和光谱采集时间戳，将灯链轴向位置值加固化灯有效照射后边界偏移值，生成固化灯有效照射后边界轴向里程值；将固化状态风险带终止轴向里程值与固化灯有效照射后边界轴向里程值的差值除以牵引速度值，生成剩余可处置时间值，剩余可处置时间值小于零时取零；从预警控制参数表读取令牌执行最小时长值；当剩余可处置时间值大于令牌执行最小时长值时，按照固化状态预警类型从预警控制参数表读取预警令牌类型编码值、目标牵引速度值和目标灯源功率值，以固化状态风险带起止轴向里程值作为补照范围，以光谱采集时间戳作为令牌生效时间戳，生成预警令牌并发送至灯链控制器和施工显示终端；当剩余可处置时间值不大于令牌执行最小时长值时，将固化状态风险带写入滞后复核队列。

11、本发明第二方面提供了基于光谱响应的uv内衬软管固化状态预警系统，包括：光谱见证模块、干扰剥离模块、回写反推模块和预警输出模块，其中：光谱见证模块，用于建立uv内衬软管固化空间坐标系并划分内衬固化面元，采集非固化同轴谱、非固化偏振谱和非固化暗场谱生成非固化探测面元光谱表，采集灯源输出谱、主固化同轴谱和灯链运行数据，经轴向回写生成同名面元固化光谱见证表；干扰剥离模块，用于基于非固化探测面元光谱表生成镜面基线、水膜基线和纤维基线，将主固化同轴谱归一为主固化归一谱，扣除镜面干扰谱、水膜干扰谱和纤维干扰谱，生成树脂反应净谱和面元净谱记录；回写反推模块，用于基于树脂反应净谱生成吸收转化比例值，结合树脂批次标定表反推目标剩余固化剂量值，并生成过照盈余值、自然续照闭合差值和补救续照闭合差值；预警输出模块，用于基于自然续照闭合差值、补救续照闭合差值和过照盈余值确定剂量闭合状态，将相邻内衬固化面元连接为固化状态风险带，生成固化状态预警类型和预警令牌。

12、本发明具有以下有益效果：

13、（1）基于光谱响应的uv内衬软管固化状态预警方法及系统，通过非固化同轴谱、非固化偏振谱和非固化暗场谱建立镜面基线、水膜基线和纤维基线，再从主固化归一谱中扣除镜面干扰谱、水膜干扰谱和纤维干扰谱，能够将潮湿反光、水膜高亮和纤维散射从树脂真实反应光谱中分离出来，避免将光学干扰误判为固化充分响应。

14、（2）基于光谱响应的uv内衬软管固化状态预警方法及系统，基于轴向回写残差值修正返回光谱序列对应的内衬固化面元编号，使主固化同轴谱不再仅按采集时间顺序关联灯链位置，而是回写到真实受光的内衬固化面元，降低弯头、卡滞和牵引速度波动导致的风险位置偏移，提高欠固化和过固化区域定位准确性。

15、（3）基于光谱响应的uv内衬软管固化状态预警方法及系统，基于树脂反应净谱生成吸收转化比例值，并结合树脂批次标定表反推目标剩余固化剂量值，使固化判断从普通光谱强度阈值判断转变为树脂反应剂量缺口判断，能够识别“光谱看似增强但树脂实际反应不足”的隐蔽风险。

16、（4）基于光谱响应的uv内衬软管固化状态预警方法及系统，通过自然续照闭合差值、补救续照闭合差值和过照盈余值确定剂量闭合状态，并将相邻内衬固化面元连接为固化状态风险带，进一步生成固化状态预警类型和预警令牌，使预警结果能够直接对应降速增功率、停机补照复核和降功率提速等处置策略，提高固化过程预警和施工调节的及时性。