一種水利工程水下安全隱患排查方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種水利工程水下安全隱患排查方法，利用搭載多波束測深裝置的無人船沿測深線航行，進(jìn)行水下地形測量；多波束測深裝置包括分別與工作站通信連接的多波束測深儀、航姿測量系統(tǒng)及定位系統(tǒng)；步驟：設(shè)備安裝與調(diào)試；“跑8字”姿態(tài)校正；參數(shù)設(shè)置和校準(zhǔn)；布置測深線；無人船沿測深線行駛進(jìn)行測量作業(yè)，工作站獲取實時測量數(shù)據(jù)并根據(jù)內(nèi)置算法判斷堤岸是否有異常，及識別異常情況下安全隱患類型：淤積或淘空，若為淘空，控制換能器向堤岸一側(cè)旋轉(zhuǎn)90

An investigation method of underwater safety hazards in Hydraulic Engineering

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種水利工程水下安全隱患排查方法


[0001]本專利技術(shù)涉及水利工程測量
，尤其涉及一種水利工程水下安全隱患排查方法。

技術(shù)介紹

[0002]很多水利工程的堤岸(或壩體)經(jīng)常在汛期之后存在被洪水損壞淘空的現(xiàn)象，由于損壞淘空區(qū)域被洪水浸泡、遮蓋，水利工程管理部門無法準(zhǔn)確掌握具體的損壞淘空情況。例如，廣東省楓樹壩水電站大壩下游約250米區(qū)域內(nèi)，由于常年泄洪、發(fā)電等原因，楓樹壩水電站大壩下游兩岸水下部分經(jīng)常年累月的水流沖刷，大壩尾水護(hù)坡基礎(chǔ)部分位置已出現(xiàn)淘空現(xiàn)象，為給電站管理部門提供精準(zhǔn)的維修技術(shù)方案，需對堤岸基礎(chǔ)進(jìn)行全面水下隱患排查測量，進(jìn)一步確認(rèn)兩岸堤壩沖刷和損壞情況。
[0003]目前傳統(tǒng)的做法有：派蛙人潛水到水下進(jìn)行摸排了解情況，也有采用單波束測量或傳統(tǒng)多波束測量的方法。由于單波束測量是單點測量，其并不能勝任對三維淘空區(qū)域的施測(如圖1)，傳統(tǒng)多波束測量也因受測量覆蓋范圍的限制只能測得部分淘空區(qū)域(如圖2)。以上幾種方法均無法準(zhǔn)確測出堤岸損壞淘空的具體位置，更測不出具體損壞淘空的土方量大小，這可能導(dǎo)致由于未對已存在的安全隱患及時采取準(zhǔn)確有效的維修措施，最終發(fā)生堤岸坍塌的安全事故。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，本專利技術(shù)提出一種水利工程水下安全隱患排查方法，可快速判斷水利工程堤岸存在安全隱患的具體情況，屬于淤積還是淘空，并可快速排查出淘空區(qū)域的具體位置和精準(zhǔn)測算淘空的土方量，可為相關(guān)管理部門對水利工程險工險段的具體決策提供可靠的技術(shù)參考，為堤岸的保護(hù)和修繕制定準(zhǔn)確有效的解決方案，解決了傳統(tǒng)作業(yè)方法無法全面詳細(xì)地排查水利工程水下安全隱患的技術(shù)難題，有助于減少水利工程安全事故的發(fā)生。
[0005]本專利技術(shù)上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0006]一種水利工程水下安全隱患排查方法，利用搭載多波束測深裝置的無人船沿測深線航行，進(jìn)行水下地形測量；
[0007]所述多波束測深裝置包括分別與地面工作站通信連接的多波束測深儀、航姿測量系統(tǒng)和定位系統(tǒng)，其中，航姿測量系統(tǒng)用于采集無人船航行姿態(tài)數(shù)據(jù)并傳至工作站，以便通過內(nèi)置算法消除因無人船姿態(tài)變化引起的測量誤差，定位系統(tǒng)用于保證無人船按照測深線方向航行；
[0008]測量實施步驟包括：
[0009]S1、在無人船上進(jìn)行設(shè)備的安裝與調(diào)試；
[0010]S2、無人船進(jìn)行“跑8字”姿態(tài)校正，消除內(nèi)部系統(tǒng)誤差；
[0011]S3、通過工作站完成各設(shè)備參數(shù)的設(shè)置和校準(zhǔn)；
[0012]S4、通過工作站布置測深線，該測深線平行于水利工程堤岸且距離堤岸水邊線固定距離D；
[0013]S5、無人船沿測深線行駛，多波束測深裝置進(jìn)行水下地形測量，工作站獲取實時測量數(shù)據(jù)并根據(jù)內(nèi)置算法判斷堤岸位于水下部分是否有異常，及識別異常情況下的安全隱患類型：堤岸淤積或堤岸淘空，若為堤岸淘空，則控制多波束測深儀換能器向堤岸一側(cè)旋轉(zhuǎn)90
°
，使其測量范圍完全覆蓋堤岸水下部分，直至識別不存在淘空時，控制多波束測深儀換能器回轉(zhuǎn)90
°
，依此作業(yè)，直至無人船沿測深線走完全程，工作站根據(jù)測量數(shù)據(jù)及內(nèi)置算法獲得淘空區(qū)域的大小、形狀。
[0014]優(yōu)選的，所述多波束測深儀至堤岸的水平距離為D
mn
，其中，m表示多波束測深儀換能器的某一次聲波發(fā)射，n表示某次發(fā)射的多波束中的某一個波束，m、n均為自然數(shù)，則無人船行駛過程中，
[0015]若所有D
mn
滿足D
mn
＝D，則堤岸正常；
[0016]若存在D
mn
≠D，則堤岸異常；其中，
[0017]若存在連續(xù)的多個D
mn
值均小于D，則堤岸有淤積；
[0018]若存在連續(xù)的多個D
mn
值均大于D，則堤岸有淘空，以上“連續(xù)”是指m、n分別取連續(xù)的自然數(shù)。
[0019]優(yōu)選的，步驟S5中，淘空區(qū)域的大小即淘空土方量，其算法為：
[0020][0021]其中，x∈[A，B]，A表示淘空區(qū)域靠近無人船一側(cè)的起始面的位置，B表示淘空區(qū)域遠(yuǎn)離無人船一側(cè)的終止面的位置，起始面和終止面為相互平行的垂直面，x表示淘空區(qū)域內(nèi)某一剖面的位置，該某一剖面的面積為S(x)，V為淘空土方量。
[0022]優(yōu)選的，所述多波束測深儀換能器的波束發(fā)射角α＝120
°
～150
°
，所述D＝1～3米。
[0023]優(yōu)選的，所述多波束測深儀換能器安裝于無人船船底龍骨上，所述航姿測量系統(tǒng)集成于多波束測深儀換能器中。
[0024]優(yōu)選的，所述工作站為安裝有專業(yè)測深軟件的筆記本電腦。
[0025]優(yōu)選的，所述定位系統(tǒng)為GNSS接收機(jī)。
[0026]優(yōu)選的，所述多波束測深儀、航姿測量系統(tǒng)及定位系統(tǒng)均與工作站無線通信連接。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)技術(shù)方案的有益效果是：
[0028]本專利技術(shù)利用搭載多波束測深裝置的無人船沿測深線航行進(jìn)行水下地形測量，可快速判斷水利工程堤岸是否存在異常情況，并可判斷險工險段存在安全隱患的具體情況(是淤積還是淘空)；通過控制多波束測深儀換能器向存在淘空隱患的堤岸一側(cè)旋轉(zhuǎn)90
°
，測量范圍完全覆蓋堤岸水下部分，可快速排查出淘空區(qū)域的具體位置和精準(zhǔn)測算淘空的土方量，可為相關(guān)管理部門對水利工程險工險段的具體決策提供可靠的技術(shù)參考，為堤岸的保護(hù)和修繕制定準(zhǔn)確有效的解決方案，解決了傳統(tǒng)作業(yè)方法無法全面詳細(xì)地排查水利工程水下安全隱患的技術(shù)難題，有助于減少水利工程安全事故的發(fā)生；該方法操作簡單、方便快捷、測量準(zhǔn)確、效果明顯。
[0029]本專利技術(shù)的其它優(yōu)點、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本專利技術(shù)的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
附圖說明
[0030]圖1現(xiàn)有技術(shù)中單波束測量示意圖；
[0031]圖2現(xiàn)有技術(shù)中多波束測量示意圖；
[0032]圖3本專利技術(shù)中堤岸正常狀態(tài)示意圖；
[0033]圖4本專利技術(shù)中堤岸淤積狀態(tài)示意圖(亦為多波束測深儀換能器初始測量狀態(tài)示意圖)；
[0034]圖5本專利技術(shù)中堤岸淘空狀態(tài)示意圖(亦為多波束測深儀換能器對著淘空堤岸旋轉(zhuǎn)90
°
后示意圖)；
[0035]圖6本專利技術(shù)中無人船“跑8字”姿態(tài)校正示意圖；
[0036]圖中：無人船1、測深線2、GNSS接收機(jī)3、筆記本電腦4、多波束測深儀換能器5。
具體實施方式
[0037]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
[0038]為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；
[0039]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的；
[0040]在本專利技術(shù)的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種水利工程水下安全隱患排查方法，其特征在于，利用搭載多波束測深裝置的無人船沿測深線航行，進(jìn)行水下地形測量；所述多波束測深裝置包括分別與地面工作站通信連接的多波束測深儀、航姿測量系統(tǒng)和定位系統(tǒng)，其中，航姿測量系統(tǒng)用于采集無人船航行姿態(tài)數(shù)據(jù)并傳至工作站，以便通過內(nèi)置算法消除因無人船姿態(tài)變化引起的測量誤差，定位系統(tǒng)用于保證無人船按照測深線方向航行；測量實施步驟包括：S1、在無人船上進(jìn)行設(shè)備的安裝與調(diào)試；S2、無人船進(jìn)行“跑8字”姿態(tài)校正，消除內(nèi)部系統(tǒng)誤差；S3、通過工作站完成各設(shè)備參數(shù)的設(shè)置和校準(zhǔn)；S4、通過工作站布置測深線，該測深線平行于水利工程堤岸且距離堤岸水邊線固定距離D；S5、無人船沿測深線行駛，多波束測深裝置進(jìn)行水下地形測量，工作站獲取實時測量數(shù)據(jù)并根據(jù)內(nèi)置算法判斷堤岸位于水下部分是否有異常，及識別異常情況下的安全隱患類型：堤岸淤積或堤岸淘空，若為堤岸淘空，則控制多波束測深儀換能器向堤岸一側(cè)旋轉(zhuǎn)90
°
，使其測量范圍完全覆蓋堤岸水下部分，直至識別不存在淘空時，控制多波束測深儀換能器回轉(zhuǎn)90
°
，依此作業(yè)，直至無人船沿測深線走完全程，工作站根據(jù)測量數(shù)據(jù)及內(nèi)置算法獲得淘空區(qū)域的大小、形狀。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水利工程水下安全隱患排查方法，其特征在于，所述多波束測深儀至堤岸的水平距離為D
mn
，其中，m表示多波束測深儀換能器的某一次聲波發(fā)射，n表示某次發(fā)射的多波束中的某一個波束，m、n均為自然數(shù)，則無人船行駛過程中，若所有D
mn
滿...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉良福，楊波，藍(lán)宇，李慶松，許敘源，
申請(專利權(quán))人：廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：