[发明专利]基于三维动态模型检测水工隧洞缺陷的方法

说明书

本发明的实施例提供了一种基于三维动态模型检测水工隧洞缺陷的方法，涉及水工隧洞安全管理技术领域。方法包括：建立水工隧洞的三维模型；采用水下机器人在水工隧洞中巡检，并结合三维模型，获得缺陷信息。对缺陷信息进行识别和量化处理，获得坐标信息；根据坐标信息，在三维模型上标定缺陷。该方法能够使水下机器人巡检到的缺陷信息实时反馈在三维模型中，实现缺陷信息更加直观、形象、精确地展示，并为水工隧洞的安全评估与运行维修提供决策支持。

技术领域

本发明涉及水工隧洞安全管理技术领域，具体而言，涉及一种基于三维动态模型检测水工隧洞缺陷的方法。

背景技术

在大型和特大型水电站、引水工程中的引水隧洞因直径大、距离长、超埋深、围岩地质复杂等特点，长年运行可能会出现裂缝、塌方、掉块、露筋等隧洞表观缺陷，须对隧洞进行定期监测，以准确获取隧洞内缺陷分布情况，并为下一步的检修或清理提供决策依据。

然而，大型工程中引水隧洞一般为带水运行状态，单次放空检查的时间成本和经济成本较高，且放空与充水过程均会改变隧洞围岩应力状态，从而对隧洞结构安全造成极为不利的影响。随着信息、自动化控制以及测绘技术的发展，在工程实践中，常采用水下机器人代替人工进行带水智能巡检，解决人工巡检工作量大、风险高、耗时长、费用高等问题。

目前水下机器人在引水隧洞中的带水巡检工作已在锦屏二级引水隧洞、穿黄隧洞等多项重大工程中实践应用，取得了较好的巡检效果。然而，水下机器人在长距离引水隧洞中的巡检也存在诸多困境，其中，隧洞缺陷的实时定位与三维展示是一个重要难题。

发明内容

本发明的目的包括提供了一种基于三维动态模型检测水工隧洞缺陷的方法，其能够使水下机器人巡检到的缺陷信息实时反馈在三维模型中，实现缺陷信息更加直观、形象、精确地展示，并为水工隧洞的安全评估与运行维修提供决策支持。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种基于三维动态模型检测水工隧洞缺陷的方法，方法包括：

建立水工隧洞的三维模型；

采用水下机器人在水工隧洞中巡检，并结合三维模型，获得缺陷信息；

对缺陷信息进行识别和量化处理，获得坐标信息；

根据坐标信息，在三维模型上标定缺陷。

在可选的实施方式中，建立水工隧洞的三维模型的步骤包括：

根据水工隧洞的平面设计图纸，建立三维模型。

在可选的实施方式中，三维模型在空间上的形状和位置采用三维坐标系表示，三维坐标系包括X轴、Y轴和Z轴，其中，X轴表示隧洞的轴线方向，Y轴表示隧洞断面的水平方向，Z轴表示隧洞断面竖直方向。

在可选的实施方式中，水下机器人搭载有摄像头、图像声呐和清淤与清水置换装置。

在可选的实施方式中，采用水下机器人在水工隧洞中巡检，并结合三维模型，获得缺陷信息的步骤包括：

采用图像声呐进行隧洞全范围的断面检测，通过与设计断面比较，查明缺陷位置；

通过摄像头对隧洞内淤积位置逐一排查，并确定淤积物种类，获取淤积缺陷图像；

结合图像声呐和摄像头对洞壁缺陷位置进行排查，查明洞壁缺陷种类，获取洞壁缺陷图像；

对于遮挡缺陷位置，采用清淤与清水置换装置清除隧洞表面的附着物，并在摄像头前的位置用清水置换浑浊水体，获得遮挡缺陷图像。

在可选的实施方式中，对缺陷信息进行识别和量化处理，获得坐标信息的步骤包括：

根据缺陷信息，采用图像识别技术，自动识别出缺陷种类，并获到识别结果；