水下机器人在病险水利工程检测中的应用方式分析

水下机器人在病险水利工程检测中的应用方式分析

刘国庆

常州市建筑科学研究院集团股份有限公司213000

摘要：目前，在水利工程中，病险水利工程逐渐出现，由于水利工程水下检测方面存在一定的难度，传统的人工检测难以得到更加精准的数据，通过水下机器人的应用，则有效的解决了这一难题，为水利工程的水下检测提供了极大的便利。

关键词：水下机器人；病险水利工程；应用；分析

随着社会的不断发展，水利工程的建设逐年增加，在我国的各个地区之中都有大量的水利工程，通过水利工程的建设不仅在抗旱防洪方面起到了重要的作用，与此同时也促进了我国经济社会的快速发展。但是，我国的水利工程多数都是在上世纪五六十年代修建的，当时的施工条件以及施工技术上都存在一定的不足，进而导致质量方面存在一定的问题，长久以来，多数水利工程都已逐渐老化，呈现病险状况，质量下降，存在极大的安全隐患，因此，对于这些病险水利工程必须要进行定期的检查维修，确保水利工程的安全运行。随着科学技术水平的不断提高，一种新型的水下机器人技术逐渐在水利工程的水下检测中得到广泛的应用，通过该项技术的应用有效的提高了检测水平，使得检测人员可以更加直观的了解水利工程水下的运行情况以及病险部位的严重程度，从而对水利工程的质量起到良好的控制作用。

1水下机器人系统的含义

水下机器人即是一种无人严控潜水器，其主要是通过岸边工作人员或水面船只利用连接潜水器的脐带对水下机器人进行操控，并且利用声呐及水下电视等专业设备对水下情况进行观察了解，与此同时，可以利用机械手进行水下的相关操作。水下机器人主要是由主机、控制通讯脐带以及控制平台这三个部分组合而成。在这三部分的组成中，主机则主要是携带多种探测传感器的水下运动平台，其中包括二维多波束图像声呐、水下高清摄像头。水深及位置传感器等。控制通讯脐带则为水下机器人提供操控的动力。控制平台对水下机器人起到控制的作用。三者之间的有效结合促使水下机器人在水下进行水利工程的检测作业。

2水下机器人的特点

2.1具有高效性

水下机器人的使用具有一定的高效性，如果是潜水员到水下对水利工程进行水下的检测工作，将会受到工作环境、工作条件以及工作时间的影响，极大的制约了水下工作的效率与质量，然而通过水下机器人的使用则可以深入到水下的任意深度下进行作业，并且能够根据实际情况发出的指令迅速的到达指定的工作地点下进行相关的检测工作，进而使得检测工作的效率得以极大的提高，并且不会受到人为因素的影响而导致测验结果出现偏差，保证测验结果的真实性与准确性。[1]

2.2具有灵活性

水下机器人在水下进行相关作业的过程中可以做到快速并且自由的移动，同时可以做到通过自身携带的传感器以及定位系统在水下的任意位置以及任意深度之中固定好作业的方向，从而做到悬停作业。初次之外，通常情况下，水下机器人在水下的下潜深度可以达到三百米，基本可以满足我国当前的各种水利工程的水下检测工作，因此，水下机器人在实际的作业过程中具有极佳的灵活性，满足水下检测工作的需求。

2.3具有直观性

水下机器人在水下进行相关作业的过程中，其主机中所携带的多种探测传感器，例如水下高清摄像头以及二维多波束声呐等相关探测设备可以使得工作人员对水下情况有更加直观的观测，可以清晰的观察到水下的实际情况，并且在水下探测到的相关数据可以及时同步到控制平台的系统之中，在今后的检测工作中，可以通过对存储数据的对比，分析总结出病险水利工程水下的实际问题，并提前找到相应的防治方案，保证水利工程的顺利运行。

2.4具有可靠性

水下机器人的使用具有一定的可靠性，当进行水下检测的过程中，如果水下的水体环境较为清净，那么则可以通过探测设备清晰的展现给检测人员，并且利用定位系统将水利工程中水下存在的故障进行标记；当水下检测过程中遇到的水体环境较为浑浊时，则可以通过二维多波束声呐对病险水利工程在水下存在的相关问题进行准确的定位。

3水下机器人的应用效果

3.1二维多波束声呐扫描

在水下机器人在水下进行检测的过程中，二维多波束声呐的应用主要是通过将声波以一定的角度与方向发射出去，声波在传递过程中遇到障碍物时则会将其反射到声呐表面，在此过程中，我们则可以通过声波发射出去到反射回来的这段时间计算出声呐系统与目标之间的距离，与此同时，通过对反射会来的声波的强弱对目标发射声波的能力进行相应的判断，并且可以将其制作成为声呐图形进行对检测结果进行科学合理的分析。一般情况下，在此图像上，我们可以看到明暗不同的声波信号，相对较亮的部分则是指反射波信号较强的部分，而相对较暗的部分则是又来指代反射波能力较弱的部分。同时结合在声学之中对于不同物体的反射波能力的研究，一般情况下，反射波能力较弱的主要是一些软目标，其中包括水、薄壳空气腔以及橡胶物质等；而反射波能力较强的通常是一些硬目标，包括钢板及混凝土等物体。将检测结果结合声学上的分析，从而使得水下机器人在水下检测过程中得到更好的检测结果。[1]

3.2水下高清摄像头成像

水下机器人在水下进行检测过程中，通过水下高清摄像头可以将水下的实际环境以及结构组成更加清晰的拍摄呈现在控制平台上的屏幕之中，同时实时保存到电脑系统之中，通过屏幕上的显示，检测人员可以清晰直观的观测到水下的具体情况，对于破损部位、裂缝部位以及金属生锈部位等情况都可以准确的观察并记录，进而及时对其制定出相应的解决措施。

4水下机器人在病险水利工程中的应用案例

在某地区的大型水库之中，距离市区的距离大约在40千米左右，大坝控制集雨面积为32.6平方千米，在正常情况下，蓄水位在178.25米，库容为1603万平方米，总体的库容达到2512平方米，其主要承担防洪、供水以及发电等多个方面的中型水利工程。该项工程的运行时间自上世纪60年代开始，由于长时间的运行，在大坝的右侧岸端山体的底涵洞出现了较为严重的渗漏情况，使得工程的存在极大的安全隐患。

针对此项水利工程中出现的险情，政府部门利用水下机器人深入到水下对其进行检测，首先是通过对渗漏点进行定点的下潜检测；其次是沿着低涵闸门逐渐向下深入进行详细检查。通过水下机器人的检测，检测人员在水下高清摄像头的拍摄下清晰的看到闸门右底角出的渗漏情况较为明显，并在在此位置的门槽出存在较为明显的缺陷；在门槽与闸门右侧之间存在一条宽度在1厘米左右的缝隙，使得闸门难以充分闭合；闸门的起闭杆老化严重，出现锈蚀的情况。针对这些存在的问题，工作人员更加精准的对问题进行了分析并很快的采取了影响的解决方案，使得该项水利工程恢复安全顺利的运行。

5结束语

综上所述，在水利工程的水下检测过程中，通过水下机器人的有效利用，可以更加准确的对水利工程在水下存在的相关问题进行更加精准的定位，从而为检测人员提供完整的数据，帮助其对问题进行科学合理的分析，并找到相应的解决方案，进而为水利工程的安全运行提供了极大的保障。

参考文献：

[1]郑发顺.遥控水下机器人系统在水库大坝水下检查中的应用[J].水利信息化，2014（02）：45-49.

[2]徐云乾，袁明道，张旭辉，潘展钊，杨文滨，刘建文.多波束成像声纳系统及水下机器人在水工建筑物水下结构检测中的应用[J].无损检测，2018，40（06）：58-61.

[3]顾红鹰，董延朋，刘力真.水下检测设备分类概述及应用分析[J].山东水利，2017（10）：75-76.

[4]钟惠钰，尤林贤.小型遥控水下机器人在水利工程中的运用[J].水利建设与管理，2008，28（12）：35-36.