[發(fā)明專利]一種采用水下機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)水下表面裂縫檢測的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310288793.7
• 申請(qǐng)日: 2013-07-10
• 公開（公告）號(hào): CN103364408A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳從平;鄒雷;張濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/88
• 分類號(hào): G01N21/88
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 成鋼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種檢測技術(shù)，具體涉及一種基于水下視覺機(jī)器人平臺(tái)和圖像處理技術(shù)的水工混凝土結(jié)構(gòu)水下表面裂縫檢測方法。

背景技術(shù)

水庫大壩工程、港口碼頭以及橋梁工程中的重要結(jié)構(gòu)絕大部分由混凝土構(gòu)件組成，在長期服役過程中，由于外部環(huán)境(如風(fēng)浪、腐蝕、水力沖刷以及溫度應(yīng)力等)的侵?jǐn)_、材料性能的改變以及施工條件的限制等諸多因素的影響，水下混凝土結(jié)構(gòu)不可避免地會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂縫。尤其是服役初期，內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)力高速釋放，裂縫產(chǎn)生速度更快，若不能被及時(shí)探測并進(jìn)行維護(hù)，裂縫逐漸擴(kuò)展極有可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。

目前，國內(nèi)外對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)水下表面裂縫的檢測主要有超聲波檢測法、傳感器監(jiān)測法、電位法和激光巡視法。

超聲波檢測法是采用脈沖波在同等狀態(tài)的混凝土中的傳播，測試聲波在混凝土中的波速、首波振幅和頻率等聲學(xué)參數(shù)的相對(duì)變化，通過其參數(shù)的變化來判斷混凝土中的裂縫及發(fā)育的深度。它的缺點(diǎn)為：混凝土中離析區(qū)、夾泥、蜂窩和其中的材料對(duì)分析結(jié)果影響比較大。

傳感器監(jiān)測法是利用各種傳感器對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生裂縫的因素進(jìn)行監(jiān)測，其中主要有光纖傳感器法。它的主要缺點(diǎn)是：在布置光纖網(wǎng)絡(luò)時(shí)會(huì)影響施工進(jìn)度，而且光纖的發(fā)布范圍大；其次在施工前需要對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析,掌握其應(yīng)力分布情況,對(duì)容易發(fā)生變形破壞處重點(diǎn)布設(shè)，不易發(fā)生的地方不設(shè)或少設(shè)光纖可能會(huì)發(fā)生裂縫漏檢情況。

電位法是一種比較傳統(tǒng)的方法，它采用非極化電極和高阻抗毫伏特計(jì)，特別是采用具有較大接觸面積的硫酸鹽非極化電級(jí)，因而不需要澆水濕潤土壤，并縮短了測量時(shí)間，結(jié)果使與電極偏移有關(guān)的噪音問題相應(yīng)減少，但存在若干根本性的缺陷：監(jiān)測儀器的安裝對(duì)結(jié)構(gòu)整體有一定的損害；電測儀器容易受到周圍電磁場干擾,而大多數(shù)大壩都處在一個(gè)較復(fù)雜的電磁場中,測量結(jié)果會(huì)受到影響；電測儀器監(jiān)測屬于點(diǎn)式監(jiān)測，很可能忽略了對(duì)“病灶”處的監(jiān)測，導(dǎo)致漏檢。

激光巡視法首先用激光發(fā)射器向混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)射激光脈沖，并以激光發(fā)射器所在位置建立基點(diǎn)，然后用混凝土結(jié)構(gòu)表面設(shè)置的數(shù)個(gè)觀測標(biāo)點(diǎn)將激光脈沖反射回來，再用激光接收器接收反射回來的激光脈沖，利用激光測距技術(shù)測出基點(diǎn)與標(biāo)點(diǎn)之間的距離。根據(jù)激光發(fā)射器、接收器所處的高程，激光束與豎直方向的夾角以及垂直壩軸線方向的夾角，可以計(jì)算出觀測標(biāo)點(diǎn)的高程，以及標(biāo)點(diǎn)與基點(diǎn)的方位。進(jìn)而確定觀測標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于激光發(fā)射器基點(diǎn)的三維位置。它的主要缺點(diǎn)是：由于需要精確地測定傳輸時(shí)間，所以儀器傳輸時(shí)間激光傳感器價(jià)錢比較昂貴；同時(shí)水的折射作用，使得它對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的水下部分測量誤差大。

上述方法對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)的水面以上及淺水部位裂縫探測已經(jīng)有一定的效果，但是對(duì)于深水部位的裂縫探測，上述方法的探測能力依然不足，表現(xiàn)為可靠性差、定位誤差大、效率低、操作復(fù)雜等。因而，實(shí)際操作中往往由于水工混凝土結(jié)構(gòu)深水部位內(nèi)部裂紋難以探測的“隱蔽性”、以及現(xiàn)有深水裂紋檢測手段能力的局限性，盲目檢測效率極低，一般直至內(nèi)部裂紋擴(kuò)展到表面且出現(xiàn)了明顯病癥（如明顯滲漏）時(shí)才被發(fā)現(xiàn)，實(shí)時(shí)性差、災(zāi)情系數(shù)高。然而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，水下機(jī)器人探測及視覺成像技術(shù)已在工業(yè)、軍事、民用等各個(gè)領(lǐng)域得到一定的應(yīng)用，如海洋資源探測、水下打撈等，為利用水下視覺技術(shù)進(jìn)行水工混凝土結(jié)構(gòu)水下表面裂縫探測提供了可行的理論和技術(shù)依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)背景技術(shù)中現(xiàn)有水工混凝土結(jié)構(gòu)水下表面裂縫檢測方法的不足，提出一種利用水下機(jī)器人探測及圖像處理技術(shù)對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)水下表面裂縫進(jìn)行檢測的新方法，具有直觀性強(qiáng)、操作靈活、可移植性強(qiáng)、精確度高等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明將完全解決水工混凝土結(jié)構(gòu)水下表面裂縫探測問題，以防患于未然，提高水工混凝土結(jié)構(gòu)服役的可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種采用水下機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)水下表面裂縫檢測的方法，所述的機(jī)器人系統(tǒng)由水面主控平臺(tái)、通訊浮漂、圖像獲取裝備、深度、壓力和位置傳感器以及水下機(jī)器人本體組成，其特征在于：它包括如下步驟：

步驟一：搭建陸地或船載工作站，以人機(jī)交互的方式顯示、處理圖像，并根據(jù)返回信息對(duì)水下機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)、圖像抓取操控；

步驟二：建立水面通訊工作站，用于水上工作站與水下機(jī)器人進(jìn)行通訊與信息傳輸，其由光纖信號(hào)接收器及WIFI路由器組成，并整體被置于密封漂浮筒內(nèi)；