抽蓄电站混凝土面板水下表观缺陷检测系统

技术领域

本发明涉及抽水蓄能电站技术领域，具体为抽蓄电站混凝土面板水下表观缺陷检测系统。

背景技术

我国水电资源丰富，自建国以来，面向防洪、灌溉、发电等需求，建成了大量的水利工程和设施，这些工程在振兴国民经济和保障人民生命财产安全中发挥了重要作用。大坝是水电站的重要设施，建筑在水库、河流或溪流上，用以阻挡水流形成水体积聚，为了蓄水、调节水量和控制洪水的作用。我国大坝建设始于上世纪六、七十年代，经过了长期的运营，早期建设的大坝早已进入维修阶段，而且随着时间的推移，进入维护期的大坝呈现逐年增长的态势。由于水文及工程地质条件、设计和施工质量、重要构件的腐蚀和老化等原因，部分水利工程的结构存开裂、剥落、渗水、腐蚀等病害。其中，水工混凝土结构表面的裂缝是最常见的病害形式，也是大坝垮坝的最大安全隐患。裂缝不仅仅存在与大坝表面，同时还会不断地向大坝结构体的内部延伸发展，侵蚀内部的钢筋等构件，造成更大的安全隐患。

抽蓄电站库盆多采用钢筋混凝土或沥青混凝土防渗，随着服役年限的增加，在水位变化、干湿循环、温度循环等综合作用下，混凝土面板存在不同程度的老化损伤、裂缝、剥蚀、渗漏等缺陷和病害，对面板的结构安全、防渗安全和耐久性产生重要影响，影响电站的安全运行。而目前抽蓄电站面板的缺陷检测还依靠人工巡检技术，效率低、精度差，缺少自动化的检测设备和系统，所以需要一种抽蓄电站混凝土面板水下表观缺陷检测系统来解决上述问题。

发明内容

解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明针对抽水蓄能库盆防渗混凝土及其他混凝土建筑物的表观检测需求，设计和研制了面板水下自动检测车，以及相应的检测车吊放、控制和数据处理系统。

技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：抽蓄电站混凝土面板水下表观缺陷检测系统，包括车架、检测车和缆架，所述车架内的底部安装有行走输送机构，所述行走输送机构的中部滑动连接有裂纹打磨工具，所述车架内靠近裂纹打磨工具的一侧安装有照明组件，所述车架内的顶部安装有推进控制器。

优选的，所述推进控制器底部的一侧安装有表面清理工具，所述推进控制器顶部的两侧均设有推进器。

优选的，所述车架顶部的一侧安装有声呐探测器，所述车架的一侧设有裂纹表面覆盖钻孔器，所述车架的另一侧电性连接有高清摄像头，所述车架另一侧靠近高清摄像头的底部电性连接有辅助补光灯。

优选的，所述检测车的一侧连接有工作缆，所述工作缆的一端连接有卷线滑轮组，所述工作缆的末端和卷线滑轮组表面缠绕，所述检测车的另一侧安装有视觉监测器。

优选的，所述缆架的内部安装有轮轴，所述轮轴的外部缠绕有脐带缆。

优选的，所述脐带缆采用的为光电的四芯电缆，且安置在装有缆长计数器的光缆架上。

优选的，所述检测车底部安装有履带式驱动底盘，所述履带式驱动底盘的顶部安装有车架，所述车架内的中部安装有机器人主体。

有益效果

本发明提供了抽蓄电站混凝土面板水下表观缺陷检测系统。具备以下有益效果：

1、本发明拟采用带缆的坝面检测车搭载高分辨率水下摄像机的设备进行探测，其中大坝混凝土面板检测车系统包括脐带缆及其吊放系统、检测车、检测设备、控制平台以及供电及通信等辅助设备构成，混凝土坝面检测车应具有较好的环境适应性，首先需保证能对水面、水下坝面清晰成像，对环境和水质无污染，能满足不同坡度的混凝土大坝坝面表观检测需求。

附图说明

图1是本发明的车架整体结构图；

图2是本发明的车架俯视图；

图3是本发明的吊放结构图；

图4是本发明的缆架内部结构图；

图5为本发明的工作流程图。

其中：1、车架；2、声呐探测器；3、高清摄像头；4、辅助补光灯；5、推进控制器；6、照明组件；7、裂纹表面覆盖钻孔器；8、表面清理工具；9、裂纹打磨工具；10、行走输送机构；11、推进器；12、工作缆；13、卷线滑轮组；14、检测车；15、视觉监测器；16、缆架；17、轮轴；18、脐带缆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施例一：

如图1-5所示，抽蓄电站混凝土面板水下表观缺陷检测系统，包括车架1、检测车14和缆架16，车架1内的底部安装有行走输送机构10，行走输送机构10的中部滑动连接有裂纹打磨工具9，车架1内靠近裂纹打磨工具9的一侧安装有照明组件6，车架1内的顶部安装有推进控制器5。

推进控制器5底部的一侧安装有表面清理工具8，推进控制器5顶部的两侧均设有推进器11。

车架1顶部的一侧安装有声呐探测器2，车架1的一侧设有裂纹表面覆盖钻孔器7，车架1的另一侧电性连接有高清摄像头3，车架1另一侧靠近高清摄像头3的底部电性连接有辅助补光灯4。

检测车14的一侧连接有工作缆12，工作缆12的一端连接有卷线滑轮组13，工作缆12的末端和卷线滑轮组13表面缠绕，检测车4的另一侧安装有视觉监测器15。

缆架16的内部安装有轮轴17，轮轴17的外部缠绕有脐带缆18。

脐带缆18采用的为2光2电的四芯电缆，且安置在装有缆长计数器的光缆架上。

检测车14底部安装有履带式驱动底盘，履带式驱动底盘的顶部安装有车架1，车架1内的中部安装有机器人主体。

具体实施例二：

如图1-5所示，整个检测系统包括脐带缆及其吊放系统、检测车14、检测设备、控制平台以及供电及通信等辅助设备构成。混凝土坝面检测车应具有较好的环境适应性，首先需保证能对水面、水下坝面清晰成像，对环境和水质无污染，能满足不同坡度的混凝土大坝坝面表观检测需求，研制的面板检测车满足以下技术指标：

检测车重量：≤100kg

最大水下作业深度：≥100m

水下作业速度：0.1m/s～3m/s

工作缆长：≥100m

定位精度：≤0.1m

裂缝检测宽度：0.2mm

脐带缆18采用2光2电的四芯电缆，并安置在装有缆长计数器的缆架16上，光缆最大承能力为500kg，光缆长度基本配置长度为200m，可根据现场情况增加光缆长度，脐带缆18的主要技术参数如下：

供电：220V交流

重量：40公斤(手动)

线缆芯：2光2电

长度：200m

承拉：500kg

具体实施例三：

检测车14是整个设备核心的部分，该设备可以对坝面水下部分进行视觉检测作业。检测车14采用履带式驱动结构底盘，以保证设备能在坡面起伏较大的环境下正常工作，底盘上部配置机器人主体，包括各种传感器及电子仓，设备具有IP68级防水能力。检测配备GNSS接收机和姿态测量装置，能保证作业时能实时获取检测车14的位置、姿态和速度，从而对检测车14的状态进行基准控制。检测车14还配置有标准的接口，可以连接成像声呐等其它检测设备。

具体实施例四：

检测设备包括地面控制系统，而在地面控制系统中机器人控制系统采用一体化的控制台，能通过手柄对机器人行进的速度、转向、姿态进行控制，并对检测数据进行数传和存储。

控制和数据管理软件：操纵软件是一台控制器系统，包含综合显示台、数据分析仪和电缆布放器组成，用于控制机器人的位置和状态，以及对检测影像进行收集、存储、分析、显示等功能。控制软件基于常用的操作系统，通过可视化界面设计和内容显示，便于作业。

具体实施例五：

检测设备由一组水下高清摄像头3构成，高清摄像头3的选型要求能在0.1-1.0m范围内对面板清晰成像，高清摄像头3应配备水下补光灯，高清摄像头3后面的连接杆的位置可以在一定范围内移动和旋转，以保证设备能适用于不同坡度和摄影距离的面板，工作时摄像机同步成像，采用多个摄像系统和相交光轴结构方式布设，实现交向摄影测量，被测区域为相邻两个摄像系统视场区域的重叠部分。在此系统结构中，摄像系统的拍摄角度可以调整，保证对能观测区域的无盲区覆盖，在工作前需要对检测系统进行现场标定，以得到最佳的成像参数。

同时由于检测车在水下行走仅依靠声呐或光学摄像头探测环境信息。由于缺少对周围环境更全面的感知，导致实际应用中，探测范围和精度无法满足要求。设计搭载了一个避障与目标跟踪系统，实现了准确跟踪运动目标并躲避障碍物的功能。

该系统以声呐和机器视觉技术为基础,通过RS485建立水下机器人与PC间的通信,获取水下机器人所搭载的声纳探测器2和水下相机的采集数据,并应用图像处理技术得到更清晰的水下环境信息；同时,基于模糊PID方法设计完成水下机器人闭环运动控制器，实现PC对水下机器人准确的运动控制；通过岸基平台的控制实现检测车的避障与行走，整个设备还可以增加包括水下定位工具，IMU导航设备等，可根据工程需要增加，将研制的混凝土面板水下检测车系统在实验室验证的基础上，在不同类型的混凝土坝面进行测试验证，并针对测试中的问题进一步对系统优化升级，通过在工程中的迭代优化，逐步形成能市场化应用的产品。

具体实施例六：

整个项目的作业流程主要包括需求分析、资料收集、现场踏勘、编制技术方案等前期工作，机器人现场作业，以及后期的数据处理和分析、质量检查等工作，具体流程如下:

(1)需求分析、资料收集与现场踏勘

工程正式检测前，通过与甲方对接和现场踏勘，明确了检测的内容、范围与技术指标，收集管道的设计、勘察和施工等相关资料，现场察看该管道周围的工作井、闸门以及地理、地貌、交通等信息，确认电源供电，现场布置，设备稳定性等，在明确技术规范和现场条件的基础上制定工程实施方案。

(2)制定技术方案

在明确测量需求和技术指标的前提下，根据现场踏勘情况和甲方提供的相关技术资料编制技术方案，并报业主单位审批，具体流程如图5所示。

(3)现场检测作业

现场作业前，应首先根据现有的水下作业标准，对设备的安全性、完整性和质量检查，具有的检查内容包括：

检测车设备和配件检查：采用人工检查方法，确定ROV设备和配件外观无病害，配件完整，符合安全和环保规定。

检测车电缆质量检查：电缆的长度是否满足要去，距离标记是否清晰，表面有无磨损。

检测车供电厢和电源线检查：供电厢和供电线满足安全管理规定和使用要求。

检测车吊放缆质量检查：吊放缆工作长度和承载力是否满足要求ROV配件安装检查，各连接螺栓连接牢固，满足设备水下作业安全工作需求。

检测车系统联机测试：开机后检测车及各检测设备能正常工作，控制软件能对ROV进行正常控制和数据传输。

检测车投放安全措施检查：检测车操作过程中操作人员是否穿戴了安全防护设备，操作是否规范。

在完成设备和系统，以及其它辅助设备的质量和安全检查工作后，按以下流程进行现场检测作业：

在地面完成检测车、观测设备、电缆、控制系统的安装，并对设备进行标定和调试。

根据工作井的状况，分别采用人工吊放或机械辅助吊放的方式将机器人吊放至管道口，使检测机器人大致位于管道中央位置，通过机器人前置摄像机观察管道内壁是否存明显的障碍物。

保持检测机器人在管道纵向轴线上，在自带灯光系统的照射下使用高清摄像系统对管道内壁进行视频拍摄，采集管道内壁的视频，并对管道内壁上的存在明显缺陷的区位进行记录。

所有缺陷情况均在作业记录中做好标记，对存疑的区域仔细检测录像，查明缺陷类型并在图中测量出缺陷大小。若搭载了高清相机，则将检测机器人移动至缺陷位置进行近距离拍摄。

到达指定位置后，利用电缆和控制系统将检测车进行返回操作，回游至工作井后回收。

(4)数据处理：

先将水下机器人采集的高分辨率光学影像、管道声呐和前置声呐采用的数据采用设备配置的商业软件进行预处理并经格式变换后输入到自主研发的管道病害检测处理软件中，对管道病害识别、定位、测量和分类，并由质量检查人员对检测结果进行质量检核，最后对检测结果进行存储管理和分析

(5)检测报告编写与提交

对检测工作进行总结分析，根据规范和业主需求，编写检测报告，并提交数据和报告。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。