鐵塔鋼結構的銹蝕檢測技術分析

摘要：[A1] 鐵塔是現代城市重要的基礎設施之一，承擔著監測預警、信號傳輸、地標指示等多項功能作用，但長時間處于復雜的戶外環境中，鋼結構極易出現銹蝕現象，影響鐵塔的安全性與可靠性。對此，要科學分析鋼結構常見的銹蝕形態，再采取先進的檢測技術，如直方圖檢測、形態學檢測、機器視覺檢測等，靈活運用相關銹蝕檢測技術，及時發現銹蝕缺陷，并解決銹蝕問題，有利于鐵塔的長期、可靠運行。

關鍵詞：鐵塔鋼結構" 銹蝕形態" 直方圖檢測 [2]" 形態學檢測" 機器視覺檢測

Analysis of Corrosion Detection Technology for Iron Tower Steel Structures

XU Qiyuan

China Electronics Technology Putian Technology Co.， Ltd.， Anqing， Anhui Province， 246600 China

Abstract： Iron towers are one of the important infrastructure in modern cities， responsible for multiple functions such as monitoring and warning， signal transmission， and landmark indication. However， when exposed to complex outdoor environments for a long time， steel structures are prone to rusting， which affects the safety and reliability of iron towers. In this regard， it is necessary to scientifically analyze the common forms of corrosion in steel structures， and then adopt advanced detection technologies such as histogram detection， morphological detection， and machine vision detection， etc. By flexibly using relevant corrosion detection technologies， corrosion defects can be detected in a timely manner and corrosion problems can be solved， which is conducive to the long-term reliable operation of iron towers.

Key Words： Iron tower steel structure; Corrosion morphology; Histogram detection; Morphology detection; Machine vision detection

隨著社會經濟的不斷發展，城市化進程的日益加快，鐵塔的建設數量持續增多，對運行的安全性與穩定性也提出了更高的要求，但由于鐵塔的工作環境較為特殊，在風化、雨雪等多方面因素的影響下，鋼結構不可避免地會發生銹蝕問題，不僅會給鐵塔表面的美觀程度造成不良影響，甚至會導致鐵塔整體強度下降，誘發傾覆等事故，而利用現代化檢測技術，精準識別鐵塔鋼結構存在的銹蝕缺陷，再采取有針對性的措施處理缺陷，能夠保證鐵塔的可靠運行，延長其使用年限。故而，深層次分析并研究鐵塔鋼結構檢測技術的應用方法，對我國檢測行業和社會經濟的可持續發展，具有深遠的意義。

1鐵塔鋼結構銹蝕形態分析

1.1點狀銹蝕

點狀銹蝕指的是銹斑以“點狀”形態附著于鋼結構表面，當鋼材的表面與周圍介質產生電化學作用或者化學作用后，隨著時間的推移，就會生成點狀銹蝕，在銹蝕缺陷的影響下，鐵塔鋼結構的質量會不斷下降，如式（1）所示[A3] 。

式（1）中，表示鐵塔鋼結構的質量銹蝕率；與分別表示鐵塔鋼結構銹蝕前、銹蝕后的質量。在先進檢測技術的支撐下，準確識別鐵塔鋼結構表面的銹蝕形態后，再采取有針對性的解決措施，有利于提高鐵塔的美觀性與穩定性，助力現代城市的高質量建設[1]。

1.2帶狀銹蝕

帶狀銹蝕指的是鐵塔鋼結構表面的銹蝕形狀為“條帶狀”，大量分布在鋼結構表面，會給鐵塔的外觀、力學性能、耐久性等造成影響。誘發帶狀銹蝕的因素主要體現在兩個維度，一個是化學腐蝕，即鐵塔鋼結構與大氣環境、工業廢氣等產生接觸后，受氧氣、硫酸氣、碳酸氣等介質的影響，表面發生化學反應，初步形成尺寸較小的點狀銹蝕后，未能得到及時有效的處理，發展為帶狀銹蝕；另一個是鋼結構本身由各類金屬雜質組成，并且不同金屬雜質的電極電位存在較大的差異性，與電介質、潮濕氣體等接觸后，就會引發原電池反應，埋下銹蝕隱患。

1.3塊狀銹蝕

塊狀銹蝕主要是指鐵塔鋼結構表面分布著大量的銹蝕，對鋼結構荷載以及強度的影響較大，權威數據表明，塊狀銹蝕深度與鋼結構的極限強度之間呈負相關，即當塊狀銹蝕深度有所增加后，鋼結構的極限強度會顯著下降，其中銹蝕深度每增加20%～25%[A4] ，鋼結構的強度就會隨之下降5%左右，并且極限荷載也會呈現下降趨勢。

2鐵塔鋼結構銹蝕常見的檢測技術[5] 分析

2.1直方圖檢測技術

直方圖檢測技術是一種以灰度像素為判斷標準的銹蝕識別技術，主要是在采集獲取鐵塔鋼結構的圖像后，分析統計圖像內灰度參數相同的像素，準確計算出灰度像素，在圖像中的出現頻率后，再客觀評估圖像的性質、特點，為銹蝕的準確識別，提供科學的依據，如式（2）所示。

式（2）中：表示目標圖像；表示圖像中直方圖的數量；表示圖像的像素總數；與表示圖像灰度與灰度像素的個數。通過對式（2）的合理應用，掌握直方圖的數量后，還要判斷直方圖的性質特點，常規情況下，一個完整的直方圖應涵蓋三大要素，分別是體現圖像像素灰度的背景信息、目標信息與噪聲信息。在高清攝像機的作用下，拍攝鐵塔，獲得鋼結構表面的圖像后，若鋼結構表面存在銹蝕問題，則銹蝕區域會明顯區別于其他區域，這種區別在直方圖上也十分明顯，而背景信息、噪聲信息等要素會直觀地反映直方圖中正常區域與銹蝕區域的差別。獲取到鐵塔鋼結構表面的銹蝕圖像后，再轉變成相應的直方圖后，觀察直方圖可以確定，不同于正常灰度區間，存在銹蝕問題的灰度區間，會呈現兩個較大的峰值，究其原因，正常區域的顏色較淺，所以灰度值較高，而銹蝕區域的顏色較深，則灰度值也會隨之下降，在這種情況下，灰度值較低的區域會產生峰值，但相關圖像可能會呈現出兩個銹蝕點，使直方圖生成兩個峰值，這兩個峰值的灰度范圍為＞50且＜120。

2.2形態學檢測技術

形態學檢測技術指的是獲取到鐵塔鋼結構表面的圖像后，分析圖像的背景區域與目標區域，利用分割技術，將兩個區域成功分割后，再進行腐蝕運算與膨脹運算，核心作用機理，如式（3）所示。

式（3）中，g（x）與gs（x）分別表示結構函數與對稱函數，二者之間具有對應關系，即g（-x）=gs（x），在這種情況下，可以用f（x）作為鐵塔鋼結構表面膨脹處理結果；z與x分別表示高程與距離；而g（x）表示銹蝕處理結果，兩個分割結果的變量關系，如式（4）所示。

在式（4）中：表示分割結果1；表示分割結果2。將式（3）與式（4）有機結合到一起后，在形態學理論的支撐下，分割圖像中的背景區域與目標區域后，再對原始圖像進行銹蝕、膨脹運算后，就能夠將整個圖像中的背景區域去除，即正常區域，獲得目標區域（銹蝕區域），如式（5）所示。

在式（5）中，表示經過形態學分割后，提取出來的目標區域[2]。

2.3機器視覺檢測技術

通過對直方圖檢測技術與形態學檢測技術的合理應用，能夠獲得鐵塔鋼結構成像的銹蝕圖，但想要掌握銹蝕區域的尺寸、大小和具體位置，僅采用上述兩種技術，難以保證檢測數據的準確性與真實性。對此，還要應用機器視覺檢測技術，對銹蝕區域進行邊緣檢測，其中，邊緣是指鋼結構表面銹蝕區域中具有階躍變化性質的像素點，是整個銹蝕圖像最重要的特征之一，但檢測的難度與復雜程度較高，應用以視覺檢測技術為依托的Robert算子邊緣檢測器、LoG算子邊緣檢測器、Canny算子邊緣檢測器等，獲取邊緣信息，能夠將檢測誤差控制在最小范圍內。不同邊緣檢測技術的工作原理、功能作用等存在較大的差異性，以Canny算子邊緣檢測為例，主要是通過高斯算子，對整個圖像進行平滑處理，去除全部的噪聲后，再通過目標區域與背景區域相結合的雙域檢測技術，對邊緣進行準確識別和定位，如圖1所示。

3鐵塔鋼結構銹蝕缺陷處理策略

3.1合理分類

在鐵塔鋼結構銹蝕缺陷的處理作業正式開始前，要按照銹蝕比例、深度等，客觀評估鋼結構的銹蝕程度，如表1所示。

通過對表1的觀察和分析可知，0.12%的銹蝕比例等級為六級，而超過0.19%的銹蝕比例等級為十級，二者在視覺上差異較大，所采用的除銹措施也會存在顯著的不同，但0.03%的銹蝕比例與0.05%的銹蝕比例，無論是在視覺還是在結構上，整體差異并不明顯，并且采用的除銹措施也基本一致，因此，結合表1相關內容，掌握鐵塔鋼結構表面銹蝕程度的精細化分類標準后，還要對細化的分類標準進行簡化處理，以便后續檢修維護工作的高質量、高效率開展[3]。

3.2科學處置

根據表1與表2相關內容，科學劃分鐵塔鋼結構表面銹蝕問題的等級后，采取行之有效的除銹措施，常見的除銹措施有機械除銹、噴射除銹、化學除銹、熱處理除銹等，不同除銹技術的操作方法差異較大，以噴射除銹和熱處理除銹為例，前者指的是在高壓噴射機的作用下，將化學溶劑噴到目標區域，沖刷掉銹蝕層，在嚴重銹蝕的處置中，應用該技術能夠起到良好的作用和效果；熱處理除銹技術主要就是通過高溫，對銹層進行融化處理，再借助化學除銹技術和機械除銹技術，清除銹層，適用于鋼結構較大的設備[4]。

除此之外，還需要注意的是鐵塔鋼結構銹蝕問題應注重“事前防控”，即安排專業的人員，定期監測管理鐵塔鋼結構表面的實際情況，真正做到及時發現問題并解決問題，避免出現嚴重的銹蝕問題，增加檢修維護成本[5]。

4結語

綜上所述，在鐵塔鋼結構腐蝕檢測中，將直方圖檢測技術、形態學檢測技術與機器視覺檢測技術，三者科學銜接到一起后，能夠在最大程度上保證檢測結果的真實性與準確性，為除銹方案的制定與優化，提供科學的指導，指明正確的方向，促進鐵塔的穩定運行。

參考文獻 [8]

[1]明慧伶.紅外熱成像法檢測混凝土內部雙根鋼筋銹蝕試驗研究[D].昆明：昆明理工大學[A9] ，2021.

[2]袁志遠，白凱鵬.鋼筋混凝土結構中鋼筋銹蝕情況的無損檢測法[A10] ：探地雷達檢測法應用研究[J].工程質量，2024，42（11）：36-40.

[3]伍鰲.應用紅外成像法檢測鋼筋銹蝕率的試驗探析[J].珠江水運，2024[A11] （15）：119-121.

[4]岳仁峰，張嘉琦，劉勇，等.基于顏色和紋理特征的立體車庫銹蝕檢測技術[J].山東大學學報（工學版），2024，54（[A12] 3）：64-69.

[5]秦榮杰.基于深度學習Transformer網絡的鋼板銹蝕類別識別方法研究[D].西安：西安建筑科技大學[A13] ，2023.