[发明专利]一种采用水下机器人系统对水工混凝土结构水下表面裂缝检测的方法有效
申请号: | 201310288793.7 | 申请日: | 2013-07-10 |
公开(公告)号: | CN103364408A | 公开(公告)日: | 2013-10-23 |
发明(设计)人: | 陈从平;邹雷;张涛 | 申请(专利权)人: | 三峡大学 |
主分类号: | G01N21/88 | 分类号: | G01N21/88 |
代理公司: | 宜昌市三峡专利事务所 42103 | 代理人: | 成钢 |
地址: | 443002*** | 国省代码: | 湖北;42 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 采用 水下 机器人 系统 水工 混凝土结构 表面 裂缝 检测 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种检测技术,具体涉及一种基于水下视觉机器人平台和图像处理技术的水工混凝土结构水下表面裂缝检测方法。
背景技术
水库大坝工程、港口码头以及桥梁工程中的重要结构绝大部分由混凝土构件组成,在长期服役过程中,由于外部环境(如风浪、腐蚀、水力冲刷以及温度应力等)的侵扰、材料性能的改变以及施工条件的限制等诸多因素的影响,水下混凝土结构不可避免地会出现不同程度的裂缝。尤其是服役初期,内部结构应力高速释放,裂缝产生速度更快,若不能被及时探测并进行维护,裂缝逐渐扩展极有可能会导致灾难性的后果。
目前,国内外对水工混凝土结构水下表面裂缝的检测主要有超声波检测法、传感器监测法、电位法和激光巡视法。
超声波检测法是采用脉冲波在同等状态的混凝土中的传播,测试声波在混凝土中的波速、首波振幅和频率等声学参数的相对变化,通过其参数的变化来判断混凝土中的裂缝及发育的深度。它的缺点为:混凝土中离析区、夹泥、蜂窝和其中的材料对分析结果影响比较大。
传感器监测法是利用各种传感器对混凝土结构可能产生裂缝的因素进行监测,其中主要有光纤传感器法。它的主要缺点是:在布置光纤网络时会影响施工进度,而且光纤的发布范围大;其次在施工前需要对混凝土结构进行应力分析,掌握其应力分布情况,对容易发生变形破坏处重点布设,不易发生的地方不设或少设光纤可能会发生裂缝漏检情况。
电位法是一种比较传统的方法,它采用非极化电极和高阻抗毫伏特计,特别是采用具有较大接触面积的硫酸盐非极化电级,因而不需要浇水湿润土壤,并缩短了测量时间,结果使与电极偏移有关的噪音问题相应减少,但存在若干根本性的缺陷:监测仪器的安装对结构整体有一定的损害;电测仪器容易受到周围电磁场干扰,而大多数大坝都处在一个较复杂的电磁场中,测量结果会受到影响;电测仪器监测属于点式监测,很可能忽略了对“病灶”处的监测,导致漏检。
激光巡视法首先用激光发射器向混凝土结构发射激光脉冲,并以激光发射器所在位置建立基点,然后用混凝土结构表面设置的数个观测标点将激光脉冲反射回来,再用激光接收器接收反射回来的激光脉冲,利用激光测距技术测出基点与标点之间的距离。根据激光发射器、接收器所处的高程,激光束与竖直方向的夹角以及垂直坝轴线方向的夹角,可以计算出观测标点的高程,以及标点与基点的方位。进而确定观测标点相对于激光发射器基点的三维位置。它的主要缺点是:由于需要精确地测定传输时间,所以仪器传输时间激光传感器价钱比较昂贵;同时水的折射作用,使得它对混凝土结构的水下部分测量误差大。
上述方法对水工混凝土结构的水面以上及浅水部位裂缝探测已经有一定的效果,但是对于深水部位的裂缝探测,上述方法的探测能力依然不足,表现为可靠性差、定位误差大、效率低、操作复杂等。因而,实际操作中往往由于水工混凝土结构深水部位内部裂纹难以探测的“隐蔽性”、以及现有深水裂纹检测手段能力的局限性,盲目检测效率极低,一般直至内部裂纹扩展到表面且出现了明显病症(如明显渗漏)时才被发现,实时性差、灾情系数高。然而随着科学技术的不断发展,水下机器人探测及视觉成像技术已在工业、军事、民用等各个领域得到一定的应用,如海洋资源探测、水下打捞等,为利用水下视觉技术进行水工混凝土结构水下表面裂缝探测提供了可行的理论和技术依据。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术中现有水工混凝土结构水下表面裂缝检测方法的不足,提出一种利用水下机器人探测及图像处理技术对水工混凝土结构水下表面裂缝进行检测的新方法,具有直观性强、操作灵活、可移植性强、精确度高等优点。本发明将完全解决水工混凝土结构水下表面裂缝探测问题,以防患于未然,提高水工混凝土结构服役的可靠性和经济效益。
本发明的目的是这样实现的:
一种采用水下机器人系统对水工混凝土结构水下表面裂缝检测的方法,所述的机器人系统由水面主控平台、通讯浮漂、图像获取装备、深度、压力和位置传感器以及水下机器人本体组成,其特征在于:它包括如下步骤:
步骤一:搭建陆地或船载工作站,以人机交互的方式显示、处理图像,并根据返回信息对水下机器人进行运动、图像抓取操控;
步骤二:建立水面通讯工作站,用于水上工作站与水下机器人进行通讯与信息传输,其由光纤信号接收器及WIFI路由器组成,并整体被置于密封漂浮筒内;
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