[发明专利]一种引水隧洞衬砌结构损伤探测系统以及方法

说明书

本申请提供了一种引水隧洞衬砌结构损伤探测系统以及方法，用于在引水隧洞不放空条件下实现隧洞衬砌结构损伤演化特征的高精度自动化探测。系统包括水下机器人以及机器人控制设备；水下机器人在本体的前端设有摄像装置、三维声呐装置以及透明防护罩，当水下机器人进入引水隧洞后，摄像装置采集隧洞衬砌图像数据，三维声呐装置采集隧洞衬砌三维超声数据；当机器人控制设备接收到水下机器人传输过来的隧洞衬砌图像数据以及隧洞衬砌三维超声数据后，基于隧洞衬砌图像数据以及隧洞衬砌三维超声数据，生成隧洞衬砌三维结构模型，并根据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。

技术领域

本申请涉及隧洞结构探测领域，具体涉及一种水电工程引水隧洞衬砌结构损伤探测系统以及方法。

背景技术

引水隧洞是水电工程中用于连接水电站进水口和调压室的地下输水构筑物，利用流域的天然高差，实现在没有大坝条件下的长距离引水发电，是水电资源开发的一种重要形式。引水隧洞在发电运行过程中处于满水状态，需要承受长期的内外水压力的共同作用，属于典型的有压隧洞，长期的内外水环境作用导致隧洞的衬砌结构存在潜在的开裂、剥落、脱空以及变形等结构损伤风险。

为了避免衬砌结构的结构损伤对发电系统产生不利影响，保障水电站的安全运行，定期对隧洞内壁衬砌结构进行安全检测，及时探测引水隧洞的结构损伤显然尤为重要。

而传统引水隧洞的探测工作主要采取人工放空检修方案，即在隧洞完全放空的条件下，由检修人员对隧洞内壁衬砌结构的变形、开裂情况进行人工检测以及统计记录，人工探测方法不仅存在检测周期长、工作效率低以及检测精度差的缺陷，更主要的缺陷在于引水隧洞潮湿低氧的内部环境不利于检修人员的安全，存在较大的作业风险，并且放空检修不符合引水隧洞满水内压的实际运行状态，会对引水隧洞的安全运行产生不利影响。

发明内容

本申请提供了一种引水隧洞衬砌结构损伤探测系统以及方法，用于由水下机器人采集引水隧洞的隧洞衬砌图像数据以及隧洞衬砌三维超声数据，继而得到引水隧洞的隧洞衬砌三维结构模型，在引水隧洞不放空条件下实现隧洞衬砌结构损伤演化特征的高精度自动化探测。

第一方面，本申请提供了一种引水隧洞衬砌结构损伤探测系统，探测系统包括水下机器人以及机器人控制设备；

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，防护罩将摄像装置与水下机器人的外部环境相隔离，当水下机器人进入引水隧洞后，摄像装置透过防护罩采集水下机器人周围环境的隧洞衬砌图像数据，三维声呐装置采集水下机器人周围环境的隧洞衬砌三维超声数据；

机器人控制设备通过自身与水下机器人之间建立的无线网络连接，控制水下机器人在引水隧洞中的工作，当接收到水下机器人传输过来的隧洞衬砌图像数据以及隧洞衬砌三维超声数据后，基于图像数据以及隧洞衬砌三维超声数据融合，生成引水隧洞的隧洞衬砌三维结构模型，并根据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。

结合本申请第一方面，在本申请第一方面第一种可能的实现方式中，机器人控制设备基于图像数据以及三维超声数据，分别生成引水隧洞对应的数字表面模型(DigitalSurface Model，DSM)以及数字正射影像图(Digital Orthophoto Map，DOM)，将DSM以及DOM融合，得到隧洞衬砌三维结构模型。

结合本申请第一方面，在本申请第一方面第二种可能的实现方式中，水下机器人在本体的后端设有仿生尾鳍驱动装置，以驱动水下机器人前进、转向；

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

或者，水下机器人在本体的两侧设有垂直螺旋桨驱动装置，以驱动水下机器人上升、下降和悬停。