基于多传感器集成的百米级竖井检测装备关键技术研究

发布时间：2022-02-09 04:19

　　引水道作为大型水电工程的重要基础设施,百米级引水竖井由于内部高差大、入口狭小、室内空间黑暗潮湿且无信号,使得人工检测不可达,传感器成像与定位困难,国际上目前尚无行之有效的检测方法,成为长期困扰国内外学术界和工业界的一大难题。基于大型水电工程百米级竖井的检测要求,本文针对引水道百米级竖井自动化检测装备与关键技术开展研究,主要工作如下:（1）提出了一种以无人飞艇作为低空飞行平台,集成多传感器设备的百米级竖井多传感器集成检测方案,并研制了一套适用于百米级竖井检测的软硬件平台,集成了全景相机、惯性导航测量单元、三维激光雷达、气压高度计、照明设备与自动化采集软件,解决了百米级引水竖井人工检测不可达的难题。（2）针对百米级竖井内定姿定位和数据获取难的问题,本文提出了竖井无星条件下多传感器高精度定姿定位技术,对多源竖井数据进行了融合处理,克服了井下定位与数据获取的困难。（3）针对百米级竖井环境条件,设计了百米级竖井多源数据采集与检测的实施方案,在云南糯扎渡水电站200米级2号竖井中进行了多次测试,该实施方案及研究成果现应用于华能澜沧江水电股份有限公司的大型水电工程机组检修工作中。 

【文章来源】：武汉大学湖北省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１糯扎渡水电站引水道示意图??水利工程中的引水道竖井在水流冲刷和环境变化的相互作用下会产生混凝??土缺陷，这些缺陷将直接影响混凝土建筑物的耐久度，造成安全隐患

化程度高、工作效率高、开放性强的优势［５】。在引水道竖井环境中，由于其垂直??落差较大，人员无法通过攀爬或吊篮到达指定位置，使用传统脚手架搭设的手段??不仅作业成本高、安全系数低，作业时间上也难以满足Ｃ级机组检修工期（１５天）??的要求。百米级竖井的唯一入口为直径６０厘米的圆形蜗壳进人口，且需要检测??设备在水流汇集的井壁处作业（如图１．２），因此技术限制较多。糯扎渡水电站投??产发电两年来均未对其竖井混凝土运行情况开展过系统性的检查工作，无法全面??了解竖井段及上弯段混凝土运行情况，因此研究百米级竖井病害信息自动化检测??技术意义重大。目前对环境信息还原度较高的传感器数据有两种，分别是基于视??觉的数字影像和基于纹理的三维激光点云。为了更好的还原真实场景，可以针对??多传感器数据进行数据融合。根据多源数据格式，首先实现多传感器的集成与同??步控制，然后利用相关关系调整单传感器数据参数，最后建立融合后的数据模型??当前，自动驾驶和高精度地图生产技术同时使用高分辨率摄像机和高精度三??维激光扫描仪，配合ＧＰＳ和ＩＭＵ等定位设备，实现了对现实三维空间的探测与??建模，使车辆控制系统能准确探测出道路空间中的静态与动态障碍物。本研究将??多传感器集成的数据采集技术应用于百米级竖井检测中，充分发挥新型测绘技术??的优势，使竖井病害信总的识别更全Ｍ更高效，也使井内信息的表达更加准确。??

信息的自动化处理和可视化，最终形成一种百米级引水道竖井多传感器集成检测??技术，攻克百米级竖井数据采集与检测实施的国际性难题。??根据图１．３所示的百米级竖井检测技术路线图，本研宄首先针对百米级竖井??内部环境背景与百米级竖井检测的技术要求做充分调研，确定百米级竖井多传感??器集成的检测方案，研制集软硬件一体的百米级竖井多传感器集成检测装备。其??中，硬件研制的内容分为各传感器设备的选型与多传感器的集成与同步控制；软??件研发的内容分为数据采集软件的研发与数据处理软件的设计。在软硬件平台搭??建好后，针对竖井环境中多源高精度定姿定位技术和多源竖井数据的融合技术进??行研宄，形成完整的百米级竖井检测系统。然后，依据百米级竖井检测的实施方??案，在竖井环境中完成百米级竖井检测装备的测试工作，并针对系统缺陷进行优??化，最终实现百米级竖井多传感器集成检测装备的实地应用。??４??


本文编号：3616359