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  • 水下机器人水坝检测方案

    1. 背景

    水库安全度汛一直是我国防汛抗洪的难点和重点,中小型水库的安全度汛已成为当前全国防汛工作的一个薄弱环节,水坝的安全检查工作越来越受到人们的重视,水坝附近水情复杂,依靠潜水员进行检测工作会受到很大的限制,检测结果往往很不理想,水下机器人的应用为解决这一问题提供了较好的手段。

    2. 遥控水下机器人(ROV)简介

    遥控水下机器人即ROV(Remote Operated Vehicle),系统组成一般包括:动力推进器、遥控电子通讯装置、 黑白或彩色摄像头、摄像俯仰云台、用户外围传感器接口、实时在线显示单元、导航定位装置、自动舵手导航单元、辅助照明灯和凯夫拉零浮力拖缆等单元部件。功能多种多样,不同类型的ROV用于执行不同的任务,被广泛应用于军队、海岸警卫、海事、海关、核电、水电、海洋石油、渔业、海上救助、管线探测和海洋科学 研究等各个领域。

    ROV由水下潜器、机械手、控制台、超短基线定位系统和二维多波束图像声纳等组成。水下潜器配备有照明灯和导航摄像头,云台和高清摄像头,水平推进器,垂直推进器等,并可根据需要搭载其他传感器。

                      H800水下机器人.png

    法 国ECA公司生产的ROV配备有处于世界先进水平的导航、定位、推进和控制系统,具有自动定深、定向等功能,因而可以准确到达预定的位置执行监视、检测等任务。为满足不同潜深的需要,ECA提供不同型号的ROV如H300(300 m水深)、H800(1000 m水深)、H1000(1000 m水深)、H2000(2000 m水深)等,它们可以到达潜水员无法到达的深度,从而较好地替代潜水员进行水下作业。这样,水下的危险环境就不会危及检测人员的生命安全,人员只要在甲板船或大坝上进行操作就可以了。

    3. ROV在大坝监测的应用

    通过遥控操作ROV,可实现水下全方位扫描检测,重点部位可以“驻足”观测,不仅可以快速检测到大坝的整体情况,而且可以仔细检查局部的细节。ROV上搭载的的水下摄像机可以检测出大坝表面的各种状态,如破损、裂缝等,并可用激光尺度仪对破损和裂缝的大小进行测量;搭载的高分辨率图像声纳可以对堤坝表面进行三维测量;搭载的剖面声纳可对大坝内部进行三维检测;ROV携带上述探测仪器在水下活动,从而实现对大坝的全覆盖扫描检测。

    ROV小巧灵活、操作简便(通过控制台上的多个旋钮即可控制机器人前进、后退、转弯、上升、下沉,灯光强弱和摄像头焦距,云台俯仰等);ROV可携带定位声纳、图像扫描声纳、多参数水质检测传感器、辐射传感器、机械手、金属测厚计等监测设备;还可实时进行水下视频监测。

    目前ROV已广泛用于水利水电工程中的坝体、船闸、桥墩、排沙口、拦污栅、病险水库等的水下检查以及水下工程质量的监控。

    水下检测与图像处理主要包括以下方面:

    (1) 水下录像,使用ROV进行水下拍摄;

    (2) 全景图制作,利用所拍摄的影像、图像数据,转化为全景图像;

    (3) 多维重构,利用上述信息,对结构体进行多维重构;

    (4) 图像浏览,根据监测和分析的需要,提供全景图形的实时浏览;

    (5) 提取异常现象,通过全面处理和分析,从海量的全景图像中,寻找和提取监测目标的异常现象;

    (6) 决策支持,根据水下探测成果,为大坝结构修复和安全改造决策提供资料支持。

    4. 应用实例

    2016年5月11日,泰富坤公司协助广东水利电力研究院使用H800在阳江市大河水库进行了大坝检测,发现一处裂缝。5月12日检测了清远闸坝。H800水下机器人通过水下实际操作,验证了其可靠的性能,赢得了用户的认可。

     

    5. ECA公司ROV产品的优势

    法国ECA公司是业界领先的ROV生产商,生产的ROV在实用性和可靠性上都处于世界先进水平。以H800型ROV为例,它具备以下特点:

    (1)H800搭载了6个世界顶级推进器制造商Tecnadyne 生产的直流无刷推进器,其中前后方向4个,垂直方向2个,动力高,稳定性好,速度快(可达4.5节,比现有的其他相似类型ROV快1-2节);

    (2)H800配有一个固定的低照度黑白导航摄像头和LED照明灯,云台上配备了一个10倍变焦彩色摄像头和两个LED照明灯,并配有用于二位测量的激光束;

    (3)H800具备检测自身旋转圈数的功能,即可以监测脐带缆承扭的情况,通过实时调整,可避免脐带缆应过分承扭而发生缠绕、打结等情况;

    (4)H300还可搭载自动航向、自动定深系统,LBL或USBL定位系统,五功能或两功能机械手,各种类型声纳(成像、多波束、侧扫等)和无损检验传感器(阴极保护+侧后+刷子)等,可以根据用户需求搭载,用于完成不同的任务。

     

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    6. 结语

    我国大多数中小水库的监测、监测工作急需更高效率、更高操作性的实用工具,应用水下机器人系统开展水下检查工作,对水库大坝安全鉴定和除险加固,使水库发挥应有的社会效益和经济效益,具有重要的意义。


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