[發(fā)明專利]水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011126684.1
• 申請(qǐng)日: 2020-10-20
• 公開（公告）號(hào): CN112285682A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 向衍;陳波;陳煥元;李卓;楊陽(yáng);劉成棟;沈光澤;孟穎;詹小磊;黃梓梓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院;河海大學(xué);核工業(yè)井巷建設(shè)集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): G01S7/521
• 分類號(hào): G01S7/521;G01S15/88
• 代理公司: 北京中創(chuàng)陽(yáng)光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11003
• 代理人: 尹振啟

1.水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描裝置，其特征在于，包括聲吶基陣、搭載機(jī)器人，所述聲吶基陣是聲吶收發(fā)一體基陣，所述聲吶基陣由聲吶基元等距均勻的以圓周陣列的方式排布于所述搭載機(jī)器人上，以匹配水工涵洞的內(nèi)部環(huán)形結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描裝置，其特征在于，所述聲吶基陣分為圓形基陣和弧形基陣。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描裝置，其特征在于，所述聲吶基元是收發(fā)一體的壓電陶瓷聲吶基元，所述聲吶基元能夠在電場(chǎng)的作用下發(fā)生伸縮的壓電效應(yīng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描裝置，其特征在于，所述搭載機(jī)器人包括推進(jìn)器、浮力材料、電子機(jī)艙，所述推進(jìn)器設(shè)置于所述電子機(jī)艙外，用于推動(dòng)所述搭載機(jī)器人移動(dòng)；所述浮力材料設(shè)置于所述電子機(jī)艙上，所述浮力材料用于控制所述搭載機(jī)器人沉浮；所述電子機(jī)艙的內(nèi)壁覆蓋所述聲吶基陣。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描裝置，其特征在于，所述搭載機(jī)器人還包括定位信標(biāo)，所述定位信標(biāo)設(shè)置于所述電子機(jī)艙的前進(jìn)方向的前側(cè)，所述定位信標(biāo)用于實(shí)時(shí)發(fā)送掃描裝置標(biāo)識(shí)信息的定位系統(tǒng)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描裝置，其特征在于，所述水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描裝置還包括輔助設(shè)備，所述輔助設(shè)備包括電源設(shè)備、控制系統(tǒng)、連接電纜、電纜盤，所述連接電纜纏繞于所述電纜盤上，使用時(shí)，所述電源設(shè)備和控制系統(tǒng)布置于水工涵洞外測(cè)，通過連接電纜將電力和控制信號(hào)傳送到水工涵洞內(nèi)側(cè)的掃描裝置，同時(shí)接收掃描裝置上傳的數(shù)據(jù)信號(hào)；所述連接電纜連接涵洞內(nèi)的掃描裝置、涵洞外的電源設(shè)備和控制系統(tǒng)，可通過調(diào)節(jié)長(zhǎng)度釋放和回收掃描裝置。

7.水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描方法，其特征在于，所述水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描方法采用權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描裝置，所述水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描方法包括：

步驟S1：釋放掃描裝置，開啟水工涵洞閥門，將所述掃描裝置入水并開啟搭載機(jī)器人上的推進(jìn)器，輔助設(shè)備上的電纜盤隨掃描裝置前進(jìn)逐步釋放所述輔助設(shè)備上的連接電纜，輔助設(shè)備上的電源設(shè)備輸入工作電壓，經(jīng)變壓器升壓，由連接電纜傳輸?shù)胶磧?nèi)的掃描裝置；

步驟S2：環(huán)形掃描涵洞，根據(jù)水工涵洞水流形態(tài)的不同調(diào)整掃描裝置的安裝結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，采用環(huán)形綢帶式漸進(jìn)掃描涵洞，經(jīng)由連接電纜實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)信號(hào)上傳到涵洞外的輔助設(shè)備的控制系統(tǒng)；

步驟S3：回收掃描裝置，在掃描完成后，反向啟動(dòng)搭載機(jī)器人的推進(jìn)器，電纜盤配合轉(zhuǎn)動(dòng)逐步回收連接電纜；

步驟S4：解析采集數(shù)據(jù)，基于水工涵洞三維設(shè)計(jì)模型，解析掃描裝置的采集數(shù)據(jù)，針對(duì)水工涵洞典型病害問題進(jìn)行定位和診斷。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水工工程涵洞環(huán)境的360°多波束聲吶掃描方法，其特征在于，步驟S4包括：

步驟S41：圖像獲取，通過運(yùn)行多波束聲吶掃描裝置，完成水工涵洞內(nèi)部全方位的數(shù)據(jù)采集；

步驟S42：坐標(biāo)建立，建立統(tǒng)一坐標(biāo)系下的地理編碼模型，根據(jù)定位信標(biāo)數(shù)據(jù)，賦予聲吶圖像像素點(diǎn)位置信息；

步驟S43：圖像處理，將獲取的數(shù)字圖像進(jìn)行灰度化、濾波、直方圖均衡化等處理，以突出圖像的有用信息；

步驟S44：特征選擇，基于分析處理后的圖像，通過辨別灰度結(jié)果、提取輪廓線條、對(duì)比設(shè)計(jì)尺寸等方法，精確識(shí)別水工涵洞滲水、裂縫、淤積等病害問題的典型特征，并結(jié)合已建立的地理編碼模型準(zhǔn)確定位病害的發(fā)生位置；

步驟S45：病害診斷，借助評(píng)價(jià)指標(biāo)量化病害問題，最終輸出病害類型、病害嚴(yán)重程度和病害坐標(biāo)信息的綜合診斷結(jié)果。