【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及非接觸式水下探測領(lǐng)域，具體是涉及一種用于防洪工程安全的根石非接觸式水下探測方法。
技術(shù)介紹
1、在防洪工程中，根石長期暴露在河流或洪水的水流環(huán)境中，受水流的沖刷和侵蝕，容易發(fā)生位移或沉陷。傳統(tǒng)的根石檢測方法依賴于聲吶或激光掃描技術(shù)，但在實際應(yīng)用中，水流環(huán)境下的水流紊動效應(yīng)往往對探測精度產(chǎn)生顯著影響，在水流復(fù)雜的環(huán)境下，傳統(tǒng)的聲吶或激光檢測方法常受到水流湍流的影響，導(dǎo)致信號反射角度偏移、多路徑干擾、以及信號頻率失真。
2、本方案通過將水流動態(tài)預(yù)測模型與探測位置自動調(diào)整機(jī)制配合使用，可實時優(yōu)化檢測設(shè)備的布置位置，通過調(diào)整探測器重心與螺旋槳轉(zhuǎn)速以平衡水流沖擊力，確保行進(jìn)路線可控，使信號傳播路徑盡量避開高湍流區(qū)域，減少水流對信號的直接干擾。同時，智能信號補(bǔ)償機(jī)制通過探測信號智能補(bǔ)償，確保信號在不同環(huán)境中的強(qiáng)度、頻率和相位能夠得到有效調(diào)整，進(jìn)一步提高了根石探測系統(tǒng)的抗干擾能力和數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。這種技術(shù)方案不僅提升了水下探測的精度，還降低了誤判和漏檢的風(fēng)險，對防洪工程安全有重要意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為解決上述技術(shù)問題，提供一種用于防洪工程安全的根石非接觸式水下探測方法，本技術(shù)方案解決了上述
技術(shù)介紹
中提出的問題。
2、為達(dá)到以上目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：
3、一種用于防洪工程安全的根石非接觸式水下探測方法，包括：
4、基于流體力學(xué)特性建立三維動態(tài)流場預(yù)測模型，通過流場預(yù)測模型預(yù)測探測區(qū)域的湍流的速度波動分量，評估湍流的預(yù)期干擾
5、基于湍流的預(yù)期干擾程度評估結(jié)果，利用遺傳算法對候選位置進(jìn)行迭代優(yōu)化，選擇探測設(shè)備的最優(yōu)作業(yè)區(qū)域；
6、基于探測設(shè)備的最優(yōu)作業(yè)區(qū)域選擇結(jié)果，規(guī)劃探測設(shè)備的行進(jìn)路線，跟據(jù)行進(jìn)路線實時流場信息，自適應(yīng)調(diào)整探測器配重與螺旋槳轉(zhuǎn)速；
7、針對水下探測過程中多路徑效應(yīng)引起的虛假回波，在接收信號后使用多路徑信號去噪算法進(jìn)行處理，對回波信號的進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償。
8、優(yōu)選的，所述基于流體力學(xué)特性建立三維動態(tài)流場預(yù)測模型，通過流場預(yù)測模型預(yù)測探測區(qū)域的湍流的速度波動分量，評估湍流的預(yù)期干擾程度具體包括：
9、在探測區(qū)域設(shè)置陣列式傳感器節(jié)點，將傳感器節(jié)點基于數(shù)據(jù)聚合算法通過分布式同步機(jī)制進(jìn)行時序和數(shù)據(jù)一致性校準(zhǔn)后，針對不同水流數(shù)據(jù)進(jìn)行獨立采集與實時傳輸；
10、基于多級卡爾曼濾波結(jié)構(gòu)，對水流波動模式進(jìn)行細(xì)化和分類，捕捉水流微變化及復(fù)雜的波動模式；
11、通過計算流體力學(xué)算法結(jié)合探測區(qū)域內(nèi)水流的速度場和壓力場數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模與數(shù)值模擬生成，建立流場預(yù)測模型；
12、將實時采集的水流數(shù)據(jù)輸入流場預(yù)測模型，獲得湍流流向和強(qiáng)度的三維分布信息；
13、將探測區(qū)域進(jìn)行三維網(wǎng)格空間劃分，使用流場預(yù)測模型實時預(yù)測探測區(qū)域網(wǎng)格內(nèi)的湍流的速度波動分量，計算網(wǎng)格區(qū)域的預(yù)期湍流干擾系數(shù)，預(yù)期湍流干擾系數(shù)計算公式為：
14、
15、式中，tc為預(yù)期湍流干擾系數(shù)，為湍流動能，湍流動能在x,y,z方向的梯度,λ、μ、γ分別為x,y,z方向的方向權(quán)重系數(shù)。
16、優(yōu)選的，所述基于湍流的預(yù)期干擾程度評估結(jié)果，利用遺傳算法對候選位置進(jìn)行迭代優(yōu)化，選擇探測設(shè)備的最優(yōu)作業(yè)區(qū)域具體包括：
17、基于預(yù)期湍流干擾系數(shù)在探測區(qū)域的三維網(wǎng)格空間中構(gòu)建適應(yīng)度函數(shù)，評估每個位置的探測適應(yīng)度；
18、在探測區(qū)域的三維空間內(nèi)隨機(jī)均勻生成設(shè)定數(shù)量個候選探測位置作為初始探測位置。
19、對初始探測位置中每個候選探測位置計算適應(yīng)度值并排序，將適應(yīng)度最高的前n個候選位置作為父代候選，將第i個候選位置標(biāo)記為pi，pi＝(xi,yi,zi)；
20、選取父代候選中的坐標(biāo)對，采用動態(tài)湍流偏移交叉方式生成新位置，具體為：
21、基于流場預(yù)測模型的預(yù)測結(jié)果，計算父代候選位置所在區(qū)域的湍流強(qiáng)度梯度根據(jù)湍流梯度的反方向進(jìn)行偏移，設(shè)定偏移距離δd，計算偏移后的位置pi′，其中分別表示湍流梯度在x,y,z方向上的分量；
22、在湍流偏移調(diào)整后的父代位置上，通過坐標(biāo)隨機(jī)交換的方式進(jìn)行交叉操作生成新位置；
23、利用遺傳算法對候選位置進(jìn)行持續(xù)迭代優(yōu)化，選出適應(yīng)度最高的候選位置，作為探測設(shè)備的最優(yōu)作業(yè)點。
24、優(yōu)選的，所述基于探測設(shè)備的最優(yōu)作業(yè)區(qū)域選擇結(jié)果，規(guī)劃探測設(shè)備的行進(jìn)路線，跟據(jù)行進(jìn)路線實時流場信息，自適應(yīng)調(diào)整探測器配重與螺旋槳轉(zhuǎn)速具體包括：
25、以探測區(qū)域的三維空間的網(wǎng)格作為路徑點，采用dijkstra算法逐點計算適應(yīng)度規(guī)劃最優(yōu)路徑；
26、探測設(shè)備在行進(jìn)過程中實時監(jiān)測湍流強(qiáng)度，當(dāng)探測設(shè)備行進(jìn)到下一個路徑點時，根據(jù)湍流的方向分量，通過設(shè)備中的配重鋼珠自動調(diào)節(jié)當(dāng)前重心高度，重心高度調(diào)整量計算公式為：
27、
28、式中，δhcg為重心高度調(diào)整量，α為重心調(diào)節(jié)系數(shù)，tx、ty、tz分別為湍流在x、y、z方向的分量；
29、通過快速傅里葉變換分析實時流場數(shù)據(jù)，提取湍流的主要頻率分量ω，基于湍流強(qiáng)度和頻率數(shù)據(jù)計算湍流的能量密度，根據(jù)湍流能量密度自適應(yīng)調(diào)整螺旋槳轉(zhuǎn)速，螺旋槳轉(zhuǎn)速調(diào)整量計算公式為：
30、
31、式中，δr為螺旋槳轉(zhuǎn)速調(diào)整量，δ為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系數(shù)，t為湍流強(qiáng)度。
32、優(yōu)選的，所述針對水下探測過程中多路徑效應(yīng)引起的虛假回波，在接收信號后使用多路徑信號去噪算法進(jìn)行處理，對回波信號的進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償具體包括：
33、接收并分析水下探測信號，通過時間差到達(dá)算法計算各信號路徑的時間差，依據(jù)時間延遲和信號強(qiáng)度將回波信號標(biāo)記為虛假信號或主信號，識別多路徑虛假回波；
34、對標(biāo)記為虛假回波的多路徑信號進(jìn)行去噪處理，保留主信號路徑，使用自適應(yīng)相干去噪算法通過分析相位和強(qiáng)度特征抑制虛假信號，使得去噪后信號的強(qiáng)度波動在設(shè)定范圍內(nèi)；
35、根據(jù)去噪后的主信號，利用卡爾曼濾波補(bǔ)償算法對信號的相位和強(qiáng)度進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，依據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測理想信號狀態(tài)，調(diào)整實際信號至補(bǔ)償后信號，使信號強(qiáng)度和相位穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)。
36、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果在于：
37、通過建立三維動態(tài)流場預(yù)測模型，對探測區(qū)域的湍流進(jìn)行速度波動分量預(yù)測，評估湍流干擾程度，以智能化手段優(yōu)化探測設(shè)備的作業(yè)位置，從而在高干擾區(qū)域進(jìn)行最佳配置。同時，基于實時流場信息的自適應(yīng)控制策略能夠動態(tài)調(diào)整探測器的配重和螺旋槳轉(zhuǎn)速，使其適應(yīng)復(fù)雜水流環(huán)境，提升了探測器的穩(wěn)定性與探測精度。針對水下多路徑效應(yīng)導(dǎo)致的虛假回波問題，本專利技術(shù)引入多路徑信號去噪算法，對回波信號進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，從而增強(qiáng)探測數(shù)據(jù)的真實度與有效性。通過以上手段，本專利技術(shù)能夠更加準(zhǔn)確、有效地完成根石的水下探測任務(wù)，保障防洪工程的安全性，并為復(fù)雜水下作業(yè)提供技術(shù)支持。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種用于防洪工程安全的根石非接觸式水下探測方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于防洪工程安全的根石非接觸式水下探測方法，其特征在于，所述基于流體力學(xué)特性建立三維動態(tài)流場預(yù)測模型，通過流場預(yù)測模型預(yù)測探測區(qū)域的湍流的速度波動分量，評估湍流的預(yù)期干擾程度具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于防洪工程安全的根石非接觸式水下探測方法，其特征在于，所述基于湍流的預(yù)期干擾程度評估結(jié)果，利用遺傳算法對候選位置進(jìn)行迭代優(yōu)化，選擇探測設(shè)備的最優(yōu)作業(yè)區(qū)域具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于防洪工程安全的根石非接觸式水下探測方法，其特征在于，所述基于探測設(shè)備的最優(yōu)作業(yè)區(qū)域選擇結(jié)果，規(guī)劃探測設(shè)備的行進(jìn)路線，跟據(jù)行進(jìn)路線實時流場信息，自適應(yīng)調(diào)整探測器配重與螺旋槳轉(zhuǎn)速具體包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于防洪工程安全的根石非接觸式水下探測方法，其特征在于，所述針對水下探測過程中多路徑效應(yīng)引起的虛假回波，在接收信號后使用多路徑信號去噪算法進(jìn)行處理，對回波信號的進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償具體包括：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于防洪工程安全的根石非接觸式水下探測方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于防洪工程安全的根石非接觸式水下探測方法，其特征在于，所述基于流體力學(xué)特性建立三維動態(tài)流場預(yù)測模型，通過流場預(yù)測模型預(yù)測探測區(qū)域的湍流的速度波動分量，評估湍流的預(yù)期干擾程度具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于防洪工程安全的根石非接觸式水下探測方法，其特征在于，所述基于湍流的預(yù)期干擾程度評估結(jié)果，利用遺傳算法對候選位置進(jìn)行迭代優(yōu)化，選擇探測設(shè)備...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：董繼坤，王國強(qiáng)，于文濤，劉曉偉，劉柱法，趙韶沖，趙偉佳，張勝利，喬亮，裴洪楊，韓保平，許海濤，
申請(專利權(quán))人：山東黃河河務(wù)局菏澤黃河河務(wù)局，
類型：發(fā)明
國別省市：
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