[發明專利]一種水下構筑物裂縫修復機器人傳感網定位檢測方法

有效

• 申請號: 201711431524.6
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108174442B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 羅成名;辛改芳;蔡昌春;倪建軍;范新南;張學武
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04W84/18;G01N19/08
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;俞翠華

本發明公開了一種水下構筑物裂縫修復機器人傳感網定位檢測方法，根據水下構筑物窄長的幾何特點，采用克拉美羅估計分析水下錨節點定位精度，進行水下錨節點三維最佳覆蓋并標定其初始坐標；建立水下錨節點與水下移動節點間無線測距數據庫，獲得水下無線信號測距誤差補償系數，水下機器人運行中對無線測距值進行修正；根據標定的水下錨節點坐標、無線節點距離、測距誤差補償系數以及權重系數，建立無線位置解算方程得到水下機器人實時的三維位置。本發明能夠輔助水下機器人確定構筑物裂縫位置，對水下機器人導航跟蹤、路徑規劃以及水下裝備自動化在工程中的應用提供支持。

技術領域

本發明屬于利用傳感網檢測構筑物裂縫位置的技術領域，具體涉及一種水下構筑物裂縫修復機器人傳感網定位檢測方法。

背景技術

大壩和橋梁等水下構筑物的安全運行關系重大，但是水下構筑物在運行過程中可能存在裂縫等缺陷和病害，構筑物表面或者內部裂縫均會影響其運行安全，減少構筑物使用壽命。因此，對水下構筑物裂縫進行檢測、定位以及修復，對保障水下構筑物運行安全乃至延長使用壽命具有重要的意義。

當前，許多學者提出對水下構筑物裂縫檢測的方法，比如超聲波法、彈性波法、探地雷達、光學圖像法以及聲吶法等。超聲波法根據超聲波在構筑物中傳播特性來判斷構筑物缺陷，容易受到鋼筋骨料、混凝土強度以及包含空洞、松散以及雜物等多種因素的干擾；彈性波法利用激發信號的衰減特性來檢測水下構筑物裂縫，但是對裂縫深度的檢測具有較大的誤差；探地雷達法利用高頻電磁脈沖反射來檢測構筑物缺陷，但是檢測效果與傳播介質、波吸收和反射系數等參數有關；光學圖像法利用視覺感知對水下構筑物進行檢測，但是探測視場窄且容易受到光照環境的影響；聲吶法利用回波信號對水下構筑物進行大范圍掃描，但是難以對構筑物裂縫缺陷進行精確辨識。

水下機器人技術應用到水庫大壩深水區域作業時，水下機器人運動到構筑物裂縫所處的位置對裂縫進行有效修復，需要對水下構筑物裂縫進行定位，標示出水下構筑物裂縫處在什么區域的什么位置。但是，水下機器人因作業環境的特殊性及復雜的地形環境，且水下構筑物部分區域易存在反射衰減、弱覆蓋等，使得水下機器人的精準定位成為限制其應用及推廣的瓶頸。利用全球定位系統能對機器人進行水面實時定位，但水下環境相對于空中或地面屬于封閉環境，受衛星信號遮蔽限制而無法對水下機器人進行定位。借助于水下無線傳感器分布式、網絡化和智能化的特點，對水下構筑物區域部署水下錨節點，而在水下機器人機身安裝水下移動節點，構建用于水下構筑物裂縫機器人修復的水下無線傳感器網絡；由于不同于地面錨節點能夠被精確標定，水下錨節點受水流水力作用其坐標值會發生漂移，從而降低水下機器人定位精度，同時水下無線信道模型難以建立會減弱無線測距精度，從而進一步降低水下機器人的定位精度。面對水下機器人無線定位存在的問題，需要在水下錨節點三維覆蓋、誤差坐標建模以及無線測距解算等方面進行深入研究，為水下機器人修復構筑物裂縫提供實時的定位服務。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種水下構筑物裂縫修復機器人傳感網定位檢測方法，能夠解決水下機器人在大型構筑物裂縫修復過程中無法確定裂縫位置的問題。

實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

一種水下構筑物裂縫修復機器人傳感網定位檢測方法，包括以下步驟：

(1)基于定位精度圖進行水下錨節點優化部署并標定其初始坐標，構建用于構筑物裂縫定位的水下傳感網；

(2)建立水下無線定位子空間內固定節點間信號-距離數據庫，并根據該信號-距離數據庫確定水下無線測距誤差補償系數；

(3)基于標定的水下錨節點坐標、節點距離、水下無線測距誤差補償系數和權重系數獲得水下機器人的實時位置。

進一步地，所述步驟(1)具體包括以下步驟：