[发明专利]一种引水隧洞衬砌结构损伤探测系统以及方法

权利要求书

1.一种引水隧洞衬砌结构损伤探测系统，其特征在于，所述探测系统包括水下机器人以及机器人控制设备；

所述水下机器人在本体的前端设有摄像装置、三维声呐装置以及防护罩，所述防护罩将所述摄像装置与所述水下机器人的外部环境相隔离，当所述水下机器人进入目标引水隧洞后，所述摄像装置透过所述防护罩采集所述水下机器人周围环境的隧洞衬砌图像数据，所述三维声呐装置采集所述水下机器人周围环境的隧洞衬砌三维超声数据；

所述机器人控制设备通过自身与所述水下机器人之间建立的网络连接，控制所述水下机器人在所述引水隧洞中的工作，当接收到所述水下机器人传输过来的所述隧洞衬砌图像数据以及所述隧洞衬砌三维超声数据后，基于所述图像数据以及隧洞衬砌三维超声数据，生成所述引水隧洞的隧洞衬砌三维结构模型，并根据所述隧洞衬砌三维结构模型进行不同时间的测试结果对比分析和损伤模拟分析，获得隧洞衬砌表面的破坏和开裂随时间变化的演化特征。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机器人控制设备基于所述图像数据以及所述三维超声数据，分别生成所述引水隧洞的数字表面模型DSM以及数字正射影像图DOM，将所述DSM以及所述DOM融合，得到所述隧洞衬砌三维结构模型。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水下机器人在所述本体的后端设有仿生尾鳍驱动装置，以驱动所述水下机器人前进、转向；

或者，所述水下机器人在所述本体的两侧设有水平螺旋桨驱动装置，以驱动所述水下机器人前进、转向；

或者，所述水下机器人在所述本体的两侧设有垂直螺旋桨驱动装置，以驱动所述水下机器人上升、下降、悬停。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水下机器人在所述本体的表面设有环向布置的照明装置，以照明所述水下机器人的周围环境。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水下机器人在所述本体的底部设有支撑装置，所述支撑装置包括中空结构设置的第一支撑架以及第二支撑架，所述第一支撑架以及所述第二支撑架两者的顶部都与所述本体的底部连接。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水下机器人在所述本体上，还设有水压传感器以及温度传感器，当所述水下机器人进入所述引水隧洞后，所述水压传感器采集所述引水隧洞的水压数据，所述温度传感器采集所述引水隧洞的温度数据，当接收到所述水下机器人传输过来的水压数据以及温度数据后，所述机器人控制设备融合所述隧洞衬砌图像数据、隧洞衬砌三维超声数据、所述水压数据以及所述温度数据，得到所述隧洞衬砌三维结构模型。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水下机器人在所述本体上，还设有姿态自动控制装置，所述姿态自动控制装置包括3轴陀螺仪、3轴加速度计、3轴磁力计以及GPS，用于实时获取所述水下机器人包括位置、速度、航向、倾角、翻滚角的三维姿态信息，当所述机器人控制设备接收到所述水下机器人传输过来的所述三维姿态信息后，所述机器人控制设备对所述三维姿态信息进行分析解算，获取并预测所述水下机器人的当前时刻的运动轨迹和下一时刻的运动轨迹，若所述下一时刻的运动轨迹偏离预设的航线方向，所述机器人控制设备发送姿态纠偏指令，修正所述水下机器人的三维姿态，使所述水下机器人保持在隧洞中线沿预设航线方向前进。

8.一种引水隧洞衬砌结构损伤探测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取水下机器人采集到的隧洞衬砌图像数据以及隧洞衬砌三维超声数据，其中，所述图像数据为所述水下机器人进入引水隧洞后通过自身的摄像装置采集自身周围环境得到的数据，所述隧洞衬砌三维超声数据为所述水下机器人进入所述引水隧洞后通过自身的三维声呐装置采集自身周围环境得到的数据；

基于所述隧洞衬砌图像数据以及所述隧洞衬砌三维超声数据，生成所述引水隧洞的隧洞衬砌三维结构模型；

根据所述隧洞衬砌三维结构模型进行不同时间的测试结果对比分析和损伤模拟分析，获得隧洞衬砌表面的破坏和开裂随时间变化的演化特征。