一种成像声呐检测水下平面形桥墩裂缝的测点布设方法

1.本发明属于水下桥墩缺陷检测技术领域，尤其涉及一种成像声呐检测水下平面形桥墩裂缝的测点布设方法。


背景技术：

2.桥梁水下结构是确保桥梁安全运行的重要组成部分，桥墩长期处于复杂、恶劣的水下环境，受到海水侵蚀、温湿度交替变化、长期冲刷导致桥墩出现各种病害缺陷。其中，平面形桥墩由于表面积较大，在外界温、湿度变化影响下，容易出现裂缝病害。裂缝对桥梁结构危害极大，严重影响结构耐久性和安全性，需要定期进行检测。
3.光学成像受水质影响大、只能近距离局部检测、检测效率低，声呐成像检测在水中检测具有得天独厚的优势，检测时受水下浑浊度影响小、可大范围检测、检测效率高。但目前声呐成像检测技术主要集中应用于对水下宏观物体的检测，对水下桥墩裂缝等细微病害检测的应用较少。现研究采用声呐设备对水下平面形桥墩裂缝进行检测，而声呐的测点布设直接影响到检测效率和桥墩平面裂缝检测的完整性。
4.因此，需要一种成像声呐检测水下平面形桥墩裂缝的测点布设方法以提高检测效率，实现桥墩平面裂缝的完整检测。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种成像声呐检测水下平面形桥墩裂缝的测点布设方法，该方法能在完整检测平面桥墩裂缝的同时使得测点布设数量少，提高检测效率。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种成像声呐检测水下平面形桥墩裂缝的测点布设方法，用于部署多个测点对桥墩平面进行完整检测，所述测点布设方法是基于垂直正对测位进行布设，即声呐探头朝向桥墩平面且中心轴向垂直于桥墩平面进行测点布设；当声呐和桥墩平面沿桥墩平面法线方向的距离保持不变时，能通过横向移动和竖向移动声呐位置布设多个测点对桥墩平面裂缝完整检测，且能通过相邻测点的波束范围相互覆盖以补偿各测点无法检测到的盲区范围。
7.在本发明一实施例中，所述桥墩为平面形桥墩。
8.在本发明一实施例中，当声呐和桥墩平面沿桥墩平面法线方向的距离保持不变时，在满足裂缝检测精度要求下，布设单个测点存在固定盲区范围和最大扫描范围，即盲区范围半径r和最大扫描范围半径r是确定的。
9.在本发明一实施例中，所述测点布设方法是以等间距沿桥墩平面横向和竖向均匀布设测点。
10.在本发明一实施例中，下放声呐的第一排测点和最后一排测点的最大扫描范围需分别超出桥墩顶部和底部r/2距离，保证声呐波束对桥墩顶部和底部区域范围能完整覆盖，r为单测点下最大扫描范围半径。
11.在本发明一实施例中，在沿桥墩竖向方向布设测点时，各测点的最大扫描范围r需
超过相邻测点的盲区范围边缘，且超出距离为s，以防止检测过程因环境因素引起声呐设备姿态偏转而导致平面桥墩裂缝检测不完整的问题。
12.在本发明一实施例中，根据声呐波束覆盖区域和桥墩平面竖向长度的几何关系有：
13.(n
‑
1)(r
‑
s
‑
r)+r＝t
ꢀꢀꢀ
(式1)
14.n为竖向布设的测点数，r为各测点的最大扫描范围，r为各测点的盲区范围半径，s为各测点的最大扫描范围r超过相邻测点的盲区范围边缘的超出距离，t为桥墩平面竖向长度；
15.令s＝0，竖向布设的测点数n计算如下：
[0016][0017]
其中，f(x)为取整函数；
[0018]
由式2、式3可计算s：
[0019][0020]
由上往下第i个声呐下放测点和桥墩平面上边缘的距离h
i
计算如下：
[0021][0022]
沿桥墩平面横向平移布设测点，相邻两测点声呐波束覆盖面边缘和桥墩平面上边缘相交于一点，使声呐对桥墩平面完整扫描，根据几何关系，横向布设测点数m计算如下：
[0023][0024]
其中，k为桥墩墩宽；
[0025]
因此布设m
×
n个测点可对桥墩平面完整扫描。
[0026]
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明是基于声呐成像法对水下平面形桥墩进行检测，检测受水质浑浊度影响小、可大范围检测、检测效率高；采用本发明能在完整检测桥墩平面裂缝的同时测点布设数量少，提高检测效率。
附图说明
[0027]
图1为本发明水下平面形桥墩裂缝检测竖向方向上测点布设示意图。
[0028]
图2为本发明水下平面形桥墩裂缝检测横向方向上测点布设示意图。
具体实施方式
[0029]
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
[0030]
本发明一种成像声呐检测水下平面形桥墩裂缝的测点布设方法，用于部署多个测点对桥墩(所述桥墩为平面形桥墩)平面进行完整检测，所述测点布设方法是基于垂直正对测位进行布设，即声呐探头朝向桥墩平面且中心轴向垂直于桥墩平面进行测点布设；当声呐和桥墩平面沿桥墩平面法线方向的距离保持不变时，能通过横向移动和竖向移动声呐位
置布设多个测点对桥墩平面裂缝完整检测，且能通过相邻测点的波束范围相互覆盖以补偿各测点无法检测到的盲区范围。
[0031]
以下为本发明一具体实施例。
[0032]
如图1、图2所示，一种成像声呐检测水下平面形桥墩裂缝的测点布设方法，用于部署多个测点对桥墩平面进行完整检测，所述的检测桥墩对象为平面形桥墩，所述测点布设方法是基于垂直正对测位进行布设，即声呐探头朝向桥墩平面且中心轴向垂直于桥墩平面进行测点布设，所述的测点布设方法，在沿着桥墩竖向方向上能通过相邻测点的波束范围相互覆盖以补偿各测点下无法检测到的盲区范围，如图1中，波束覆盖面二对测点o1对应的盲区一范围进行完整覆盖；所述的测点布设方法是当声呐和桥墩平面沿平面法向距离固定时，能通过横向移动或竖向等间距移动声呐布设多个测点对桥墩平面完整扫描，如图1所示，通过竖向方向等间距移动布设若干个测点，如图2所示，通过横向方向等间距移动布设若干个测点。设n为竖向方向测点数、m为横向方向测点数，t为桥墩墩长、k为桥墩墩宽、r为单测点下最大扫描范围半径，r为单测点下盲区半径。
[0033]
当声呐和桥墩平面沿桥墩平面法线方向的距离保持不变时，在满足裂缝检测精度要求下，布设的单个测点存在固定盲区范围最大的扫描范围，即盲区范围半径r和最大扫描范围半径r是确定的，如图1、图2所示，各测点盲区半径均为r，最大扫描范围半径均为r。
[0034]
如图1、图2所示，当声呐和桥墩平面法向距离固定时，通过横向和竖向移动布设测点，其中，在桥墩竖向方向上，相邻测点波束范围能相互覆盖以补偿各测点无法检测到的盲区范围，保证了桥墩平面的完整扫描。
[0035]
如图1所示，下放声呐设备的第一排测点和最后一排测点的最大扫描范围需分别超出桥墩顶部和底部r/2的距离，保证波束对桥墩顶部和底部区域范围能完整覆盖。
[0036]
如图1、2所示，各个测点的最大扫描范围需超过相邻测点的盲区边界范围，且超出距离为s，以防止检测过程因环境因素引起声呐设备姿态偏转而导致平面桥墩扫描不完整的问题。
[0037]
最终可以确定出在竖向和横向方向上需要布设的测点数量及声呐在各测点需要下放深度。
[0038]
如图1所示，根据声波覆盖区域和桥墩长度的几何关系有：
[0039]
(n
‑
1)(r
‑
s
‑
r)+r＝t
ꢀꢀꢀ
(式1)
[0040]
n为竖向布设的测点数，r为各测点的最大扫描范围，r为各测点的盲区范围半径，s为各测点的最大扫描范围r超过相邻测点的盲区范围边缘的超出距离，t为桥墩平面竖向长度；
[0041]
令s＝0，竖向布设的测点数n计算如下：
[0042][0043]
其中，f(x)为取整函数；
[0044]
由式2、式3可计算s：
[0045][0046]
如图1所示，由上往下第i个声呐下放测点和桥墩平面上边缘的距离h
i
计算如下：
[0047][0048]
如图2所示，沿桥墩平面横向平移布设测点，相邻两测点声呐波束覆盖面边缘和桥墩平面上边缘相交于一点，使声呐对桥墩平面完整扫描，根据几何关系，横向布设测点数m计算如下：
[0049][0050]
其中，k为桥墩墩宽；
[0051]
因此布设m
×
n个测点可对桥墩平面完整扫描。
[0052]
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。