专利名称：一种采用水下机器人对于输水道井内检测的方法
技术领域：
本发明涉及一种对输水道井内检测的方法。
背景技术：
高压输水道是抽水蓄能电站进行调峰发电的最重要的组成部分。通常以高 山作为依托，用钢筋混凝土作原材料，修建成管道式直井或斜井。其内径为几 米，长为几百米至上千米。由于其昼夜不停的抽水蓄能和放水发电的高速循环 使用，以及在蓄满水时须承受几百米高水头的水压，因而钢筋混凝土材料受到 的冲刷、高低压循环挤压等情况十分严重。正因为如此，由于材料老化等造成 的破损、裂缝的缺陷，将会迅速扩大，直至造成管道的崩塌。 一旦出现这种情 况，将会带来不可估量的经济损失。我国自上个世纪九十年代，第一个抽水蓄 能电站一华东天荒坪抽水蓄能电站建成并运行十多年来，无法进行输水道内部 状态检査。该电站曾试图用人工手持高分辨率摄像机，在水道内水面一浮伐上 进行摄像的办法进行检查。然而，由于水道内湿度极大，摄像机的镜头被水气 所遮挡，根本无法看清周围管道壁的情况；也曾计划用绳索系一小仪器车的办 法，在放空水道水后进行检测，这种方法存在实施复杂、难度大，测量精度低 的问题。
发明内容
本发明为了解决现有人为测量方法所存在的测量外界因素干扰多、测量难 度大、测量精度低的问题，而提出了一种采用水下机器人对于输水道井内检测 的方法。
本发明的步骤如下
步骤一用五分量声纳测量输水道道内的变形度及破损深度；
步骤二用水下摄像机和激光尺度仪的组合，测量输水道道内的横向和纵 向裂缝及破损的宽度和高度；
步骤三将五分量声纳的图像和水下摄像机所摄视频图像信息进行三维组 合，给出输水道内变型度及破损整体状况的定性和定量描述；
步骤四将深度计给出的深度数据、光纤陀螺仪给出的转角数据和测高数据用水面显示、控制和数据处理分机的视频叠加系统叠加在五分量声纳的图像 和水.下摄像机所摄视频图像上，以确定各测量图像数据对应的输水道具体部
位；
步骤五水下机器人运动到下一个深度层并返回步骤一记录该深度管道内 数据。
我国目前尚没有对这种高压输水道内部状态进行科学检测的手段。本发明 集合了声纳系统、水下机器人、水下探测、图像处理等多个领域的科研工作经 验，并融入了近年来这些技术领域的新发展而产生的。本发明还采用数字图像 增强技术提高可视化的效果。本发明的水下机器人可检测一千米内的斜井和直 井式输水道，也可用于类似水中结构物内部的检测。
图1是实现本发明方法的装置结构示意图；图2是本发明流程图。
具体实施例方式
具体实施方式
一结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式中用于 输水道井内检查的水下机器人由水面显示、控制和数据处理分机l、水下摄像
机8、激光尺度仪9、五分量声纳10、光纤陀螺仪ll、深度计12和水下机器 人本体20组成；
本实施方式步骤如下
步骤一用五分量声纳IO测量输水道道内的变形度及破损深度；
步骤二用水下摄像机8和激光尺度仪9的组合，测量输水道道内的横向 和纵向裂缝及破损的宽度和高度；
步骤三将五分量声纳10的图像和水下摄像机8所摄视频图像信息进行 三维组合，给出输水道内变型度及破损整体状况的定性和定量描述；
步骤四将深度计12给出的深度数据、光纤陀螺仪11给出的转角数据和 测高数据用水面显示、控制和数据处理分机1的视频叠加系统叠加在五分量声 纳10的图像和水下摄像机8所摄视频图像上，以确定各测量图像数据对应的 输水道具体部位；
步骤五水下机器人运动到下一个深度层并返回步骤一记录该深度管道内 数据。水下机器人运动到下一个深度层时，重复步骤一到五，检测和记录该深度 管道内数据，如此往复循环检测，直至全部检测完为止。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同点在于步骤一中的 五分量声纳IO根据水声测距的原理，分别在四个水平正交方向和一个垂直向 下的测高方向测量出五个点数据，并随着机器人的运动，由水面显示、控制和 数据处理分机l将实时由水下传来的各测量点数据连成线，形成圆周图像，从 而得到输水道内一个断面的变型度及破损深度测量数据。其它组成和连接方式 与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同点在于步骤二中的 水下摄像机8在水下机器人运动的带动下，进行沿输水管道内壁的圆周运动， 从而可摄制出输水管道内壁水下机器人所在深度破损状况的视频图像。破损状 况的视频图像所获得的参数为破损的长度和宽度数据。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一不同点在于步骤二中的 激光尺度仪9是利用激光光束扩散小的原理，在水平和垂直方向分别通过水下 机器人给出一个标准距离的尺度亮点，该尺度亮点叠加在目标的视频图像上， 即将尺度亮点照射在目标上，通过水下摄像机8拍摄在图像中，以此作为度量 被摄目标尺度的参考。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。激光尺度 仪9距离管壁的距离不同刻度大小不同，因此通过水下机器人给出一个标准距 离的尺度亮点。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
四不同点在于激光尺度仪
9给出一个水平和垂直距离为1 5cm的尺度亮点。其它组成和连接方式与具
体实施方式四相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一不同点在于步骤四中光
纤陀螺仪11和深度计12的信息是通过水面显示、控制和数据处理分机1的 视频叠加系统将光纤陀螺仪11给出的角度信息和深度计12给出的深度信息叠 加在水下摄像机8摄取的视频图像中，以确定所摄视频图像对应的位置座标。
其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一不同点在于水面显示、
6控制和数据处理分机1将每个深度的二维圆周图像数据进一步合成为三维立 体图像并以可视化的形式表现出来，进行输水道变形和破损尺度的测量。其它 组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
八结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方 式一不同点在于在所有步骤中水下机器人各器件之间的信息传输采用了水上
电光-光电变换器3、光电复合电缆4和水下电光-光电变换器5;整个输水道
内部结构的测量数据将实时通过连接水下机器人本体20的水下电光-光电变换 器5和水面显示、控制和数据处理分机1的水上电光-光电变换器3之间光电 复合电缆4由水下传送到水面显示、控制和数据处理分机1上，水上电光-光 电变换器3、光电复合电缆4和水下电光-光电变换器5为水下机器人传输电能 和数据。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。 本发明的工作原理
水下机器人置入充满水的输水道中并上电工作，水下机器人在自身携带的 深度计和光纤陀螺仪、推进控制器和推进器的作用和驱动下开始运动。开到被 测深度之后，原地旋转90度。在旋转过程中，五分量声纳在水中进行声探测， 五分量声纳中的一个垂直向下的测高方向，水下机器人旋转90度后，五分量 声纳中的四个水平正交分量的探测复盖区刚好达到360度，即完成了输水道一 个深度中一个圆周线的测量。经图像合成与处理，可以精确的测量出该输水管 道一个断面的的变型情况；水下机器人开近输水道壁，到达水下摄像机可清晰 探测的距离，并令水下机器人以保持水下摄像机始终垂直于道壁的姿态做圆周 运动，水下摄像机摄像测量过程中，同时开启激光尺度仪和五分量声纳，激光 尺度仪给出一个水平和垂直距离均为2厘米的尺度亮点，该尺度亮点以红颜色 的形式叠加在视频目标的图像上，以作为度量被摄目标尺度的参考。同时开启 的五分量声纳可以给出被测目标的深度信息，完成一周的视频检测。水下机器 人在完成一个圆周的测量后，向下一个深度移动，再重复上一个循环同样的动 作，直至完成整个输水道道内的测量(输水道完成与否可以由认为进行判断)。 随着水下机器人由浅入深的运动，五分量声纳和水下摄像机所摄的一个个圆周
图像，由水面显控和处理分机合成为一个描述输水道内部变型度及破损状态的 整体三维图像。
权利要求
1、一种采用水下机器人对于输水道井内检测的方法，用于输水道井内检测的水下机器人由水面显示、控制和数据处理分机(1)、水下摄像机(8)、激光尺度仪(9)、五分量声纳(10)、光纤陀螺仪(11)、深度计(12)和水下机器人本体(20)组成；其特征在于它的步骤如下步骤一用五分量声纳(10)测量输水道道内的变形度及破损深度；步骤二用水下摄像机(8)和激光尺度仪(9)的组合，测量输水道道内的横向和纵向裂缝及破损的宽度和高度；步骤三将五分量声纳(10)的图像和水下摄像机(8)所摄视频图像信息进行三维组合，给出输水道内变型度及破损整体状况的定性和定量描述；步骤四将深度计(12)给出的深度数据、光纤陀螺仪(11)给出的转角数据和测高数据用水面显示、控制和数据处理分机(1)的视频叠加系统叠加在五分量声纳(10)的图像和水下摄像机(8)所摄视频图像上，以确定各测量图像数据对应的输水道具体部位；步骤五水下机器人运动到下一个深度层并返回步骤一记录该深度管道内数据。
2、 根据权利要求1所述的一种采用水下机器人对于输水道井内检测的方 法，其特征在于步骤一中的五分量声纳(10)根据水声测距的原理，分别在四 个水平正交方向和一个垂直向下的测高方向测量出五个点数据，并随着机器人 的运动，由水面显示、控制和数据处理分机(l)将实时由水下传来的各测量点 数据连成线，形成圆周图像，从而得到输水道内一个断面的变型度及破损深度 测量数据。
3、 根据权利要求1所述的一种采用水下机器人对于输水道井内检测的方 法，其特征在于步骤二中的水下摄像机(8)在水下机器人运动的带动下，进行 沿输水管道内壁的圆周运动，摄制出输水管道内壁水下机器人所在深度破损状 况的视频图像。
4、 根据权利要求1所述的一种采用水下机器人对于输水道井内检测的方 法，其特征在于步骤二中的激光尺度仪(9)是利用激光光束扩散小的原理，在 水平和垂直方向分别给出一个标准距离的尺度亮点，该尺度亮点叠加在目标的视频图像上。
5、 根据权利要求4所述的一种采用水下机器人对于输水道井内检测的方 法，其特征在于激光尺度仪(9)给出一个水平和垂直距离为1 5cm的尺度亮 点。
6、 根据权利要求1所述的一种采用水下机器人对于输水道井内检测的方 法，其特征在于步骤四中光纤陀螺仪(11)和深度计(12)的信息是通过水面显示、 控制和数据处理分机(l)的视频叠加系统将光纤陀螺仪(ll)给出的角度信息和 深度计(12)给出的深度信息叠加在水下摄像机(8)摄取的视频图像中，以确定所 摄视频图像对应的位置座标。
7、 根据权利要求1所述的一种采用水下机器人对于输水道井内检测的方 法，其特征在于水面显示、控制和数据处理分机(l)将每个深度的二维圆周图 像数据进一步合成为三维立体图像并以可视化的形式表现出来，进行输水道变 形和破损尺度的测量。
8、 根据权利要求1所述的一种采用水下机器人对于输水道井内检测的方 法，其特征在于在所用步骤中水下机器人各器件之间的信息传输采用了水上电 光-光电变换器(3)、光电复合电缆(4)和水下电光-光电变换器(5);整个输水道 内部结构的测量数据将实时通过连接水下机器人本体(20)的水下电光-光电变 换器(5)和水面显示、控制和数据处理分机(l)的水上电光-光电变换器(3)之间的 光电复合电缆(4)由水下传送到水面显示、控制和数据处理分机(l)上，水上电 光-光电变换器(3)、光电复合电缆(4)和水下电光-光电变换器(5)为水下机器人 传输电能和数据。
全文摘要
一种采用水下机器人对于输水道井内检测的方法，本发明涉及输水道井内检测的方法。它解决了现有方法所存在的干扰多、难度大、精度低的问题。其步骤为一、用五分量声纳测量变形度及破损深度；二、用水下摄像机和激光尺度仪测量横向和纵向裂缝及破损的宽度和高度；三、将五分量声纳和水下摄像机的图像进行组合，给出输水道内变型度及破损整体状况的定性和定量描述；四、将深度计和光纤陀螺仪给出的数据叠加在图像上，以确定各测量图像数据对应的输水道具体部位；五、水下机器人运动到下一个深度层并返回步骤一记录该深度管道内数据。本发明的水下机器人可检测一千米内的斜井和直井式输水道。
文档编号G01N21/954GK101294917SQ20081006480
公开日2008年10月29日 申请日期2008年6月25日 优先权日2008年6月25日
发明者吴宏炜, 周明权, 岩 安, 张晓峻, 桑恩方, 袁连喜 申请人:哈尔滨长城水下高技术有限公司;华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司