多波束联合遥控水下机器人在高土石坝水下检测中的应用.pdf

2019年4月 水利水电快报 EWRHI 第40卷第4期 文章编号：1006-0081（2019）04-0053-04 多波束联合遥控水下机器人在高土石坝水下 检测中的应用 朱伟玺，马 俊 （华能澜沧江水电股份有限公司糯扎渡电厂，云南 普洱 665008） 摘要：针对高土石坝坝前淤积、坝后冲淤和水下坝面等检测存在水下环境复杂、具有隐蔽性等难题，运 用多波束探测系统进行全覆盖、多角度地扫描，并联合遥控水下机器人对异常区域重点详查，进一步探查 确认异常区域的空间分布，建立检测区域的三维模型。对坝体水下部分进行量化分析和精度评估后，可为 评判建筑物缺陷等级和制定修复计划提供重要基础数据。某土石坝实际工程应用表明，该技术对淤积、冲 坑和破损面积等水下检测的结果是可靠、合理和有效的。 关键词：高土石坝；缺陷；水下检测；多波束探测；遥控水下机器人 中图法分类号：TV698.1 文献标志码：A DOI：10.15974/ki.slsdkb.2019.04.010 鉴于水下环境的复杂性、检测区域范围大等因 印，根据声波到达时间或相位即可测量出对应点的 素，目前，高土石坝坝前淤积、坝后冲淤和水下坝面 水下被测点水深值，若干个测量周期组合形成带状 等的水下检测主要采用传统的蛙人水下检测技 水深图（见图1），从而描绘出水下地形的三维特征。 术。但该技术受下潜时间和深度的限制，且人员生 命危险面临巨大考验。单一的多波束探测系统只 发换能器排列 能对大范围的检测区域进行扫描，采用条带状水深 发射波束 150° 图，全面了解探测区水下地形情况，但无法准确、直 观地判断待测对象的量化指标，因此需要联合遥控 水下机器人的高精度局部探测功能对重点区域进 左舷波束 ［1］ 接收波束接收波束 行扫描，从而得到较为准确的水下检测状况 。 与传统蛙人水下检测技术相比，多波束联合遥 右舷波束 控水下机器人技术可发挥两种技术的优点，快速、 连续、全方位和多角度地获取采集数据，准确真实 图1 多波束探测系统工作原理示意 地描述高土石坝坝前淤积、坝后冲淤和水下坝面等 该系统主要部件包括3个子系统（见图2）：①多 异常情况，从而弥补传统水下检测技术的弊端，克 波束声学子系统（发射接收换能器阵和信号控制处 服水下复杂环境的限制，为衡量缺陷等级和制定缺 理电子系统）；②辅助设备（卫星定位系统、姿态传 ［2］ 陷修复计划提供重要基础数据 。 感器、验潮仪和声速剖面仪等）；③数据后处理软件 （典型如Hypack）及相关软件和数据显示、输出、储 1 多波束探测系统工作原理 ［3］ 存设备 。 多波束探测系统主要利用发射换能器阵列向 2 遥控水下机器人系统工作原理 海底发射宽扇区覆盖的声波，利用接收换能器阵列 对声波进行窄波束接收，通过发射、接收扇区指向 遥控水下