CN109343038B - 一种声纳探测支架及沉箱接缝量测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种声纳探测支架及沉箱接缝量测方法，支架主结构呈梯形，三维声纳主机固定在架体腔内，梯形敞口端保证架体与沉箱有较大的接触面，保证检测的稳定性、声纳的发射范围及检测数据的准确性；通过测深仪掌握声纳头的深度；通过支架上浮材的配重及位置满足不同水流条件、工作姿态要求。沉箱接缝量测方法基于三维声纳测量技术，可根据实际检测情况，调节相应的水深检测点，实现对沉箱接缝的可视化、快速、低成本的无损检测，既可定性又可定量、精确地测量沉箱接缝的宽度，为快速评判沉箱工程施工质量提供依据，可广泛应用于沉箱安装实际工程检测工作中，具有很强的实用性和广泛的适用性。

Description

一种声纳探测支架及沉箱接缝量测方法
技术领域
本发明涉及一种支架及测量接缝的方法，具体涉及一种声纳探测支架及量测沉箱接缝的方法，属于工程中水下隐蔽工程检测技术领域。
背景技术
随着水运工程建设的发展，港口及航道等日趋大型化和深水化。水运工程施工项目因其独特的施工地理位置，决定了施工中的基础部分要在水下进行，特别是重力式码头的水下沉箱安装是码头工程中最难的一部分，也是最重要的一部分，涉及码头的基础稳定和结构安全。
水下作业施工是工程难点部位，特别是在海上，要受海洋的风浪、水流等多方面的因素影响，施工时的质量不易控制，且由于工程部位处于水下，无法用肉眼直观地看到或用常规的检测（量）工具评判其施工质量；因此，需要全面、准确地评判水下沉箱施工质量，以便及时发现问题进行补救，提高整体施工质量；迫切需要有针对水下隐蔽工程质量检验的手段的技术突破。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够在工程中实现对沉箱接缝可视化，精确地测量沉箱接缝的方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种声纳探测支架，架体由若干支架组成，其水平截面呈梯形，纵向截面呈矩形；
支架腔内，底面中线处设有正对梯形敞口端的声纳台；
支架顶面和/或底面，梯形敞口端的中线处设有外延的探角；
若干浮材对称的设于支架的中点和/或支架的内角处。
上述的一种声纳探测支架，还包括设于纵向支架上的测深仪，与声纳台上的声纳装置等高。
一种沉箱接缝量测方法，包括以下步骤：
S1、声速测量：使用声速剖面仪获取待测位置的声速值；
S2、安装检测装置：将声纳装置、测深仪、浮材分别与权1-2任一所述的支架固定；声纳装置、测深仪分别通过电缆与控制装置相连，并将声速值输入控制装置的测试软件内；
S3、检测装置定位：通过吊绳将组装好的检测装置吊放于沉箱外，使得支架的敞口面正对沉箱接缝面，且探角伸入接缝内；
S4、局部扫描测量：待声纳探头适应水温后开始检测，获得沉箱局部接缝的点云图像；
S5、点云去噪：利用数据处理软件去除点云图像中的噪点，再通过数据处理软件的分段处理功能、抽取功能和不规则三角网TIN模型构造功能，建成三维模型；
S6、局部接缝数据：从上述三位模型中提取检测位置的局部接缝数据；
S7、多点测量：通过吊绳变更探角伸入接缝的位置，重复步骤S3-S6，叠合若干局部接缝数据，得到整个沉箱的接缝数据。
上述声纳装置为三维声纳扫描仪。
上述声纳装置距离支架敞口面的距离为1.5m。
上述探角的长度为20cm。
上述步骤S2中的测试软件，包括ProScan软件。
上述步骤S5中的数据处理软件，包括QuickStitch软件。
本发明的有益之处在于：
本发明的一种声纳探测支架，其结构简单，制作、维护成本低，主结构优选为梯形，三维声纳主机固定在架体腔内，对贵重设备具有保护作用；同时，梯形敞口端面保证了架体与沉箱有较大的接触面，在水流扰动下保持相对稳定；保证了声纳的发射范围，降低对检测数据的准确性的影响。
于梯形架体腔内，确保了声纳头与被测目标之间1.5m的距离，既满足了三维声纳的测试要求，又最大限度保证扫描精度，通过设置在支架上的测深仪，精确掌握声纳头所处的深度；安装在支架上的浮料（浮体材料），可通过调整浮料的配重及位置满足不同水流条件、工作姿态要求。
本发明提供的一种沉箱接缝量测方法，基于三维声纳测量技术，无需 GPS 定位数据和姿态数据便可配准多个重叠扫描来制作大结构或区域的三维立体模型，可根据实际检测情况，调节相应的水深检测点，实现对沉箱接缝的可视化、快速、低成本的无损检测，既可定性又可定量、精确地测量沉箱接缝的宽度，为快速评判沉箱工程施工质量提供依据，可广泛应用于沉箱安装实际工程检测工作中，具有很强的实用性和广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明的支架的结构示意图的俯视图；
图2为本发明的支架的结构示意图的正视图；
图3为本发明的实施例的沉箱安装平面布置示意图；
图4为本发明的福建某沉箱安装工程3#接缝的检测效果图。
附图中标记的含义如下：1、声纳台，2、测深仪，3、浮料，4、支架。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
本发明的实施例中使用的仪器设备主要包括：
声速剖面仪：HY1200型，无锡市海鹰加科海洋技术有限责任公司产；
测深仪：HY1600型单频测深仪，无锡市海鹰加科海洋技术有限责任公司产；
三维声纳扫描仪：美国BlueView5000-1350声纳扫描仪。
如图1、2所示，一种声纳探测支架，架体由若干支架组成，其水平截面呈梯形，纵向截面呈矩形。支架腔内，底面中线处设有正对梯形敞口端的声纳台，声纳台上的声纳装置为三维声纳扫描仪，距离支架敞口面的距离优选为1.5m；支架顶面和/或底面，梯形敞口端的中线处设有外延的探角，长度优选为20cm；若干浮材对称的设于支架的中点和/或支架的内角处；纵向支架上还设有与声纳台上的声纳装置等高的测深仪。
一种沉箱接缝的测量方法，包括以下步骤：
S1、声速测量：使用声速剖面仪获取待测位置的声速值；海水中声波的传播速度与海水的温度、盐度和压力有关，海水中不同的介质层有不同的声速值，因此，必须测量被扫描物体周围水体的声速剖面，进而求得被扫描物体区域的平均声速，以降低测距误差对测量数据精度的影响；
S2、安装检测装置：将声纳装置、测深仪、浮材分别与支架固定；声纳装置、测深仪分别通过电缆与控制装置相连，并将声速值输入控制装置的ProScan测试软件内；三维声纳能测量到的距离比较短，必须将仪器放置于合适的位置才能得到满意的数据。因此将扫描声纳固定在支架中，确保了1.5m的声纳测距，确保了扫描时扫描探头稳定并扫描接缝，可以提高扫描精度，对扫描声纳头也提供一定保护作用。
测深仪在固定在支架上时，确保测深仪和扫描声纳头处于同一水平位置，精确掌握三维声纳所处的深度。
为了减轻测量装置在水中的重量，在支架上设置浮体材料，可以提高操作性和工作效率。进一步，可通过调整浮体材料的配重及位置满足不同水流条件、工作姿态的要求。
S3、检测装置定位：通过吊绳将组装好的检测装置吊放于沉箱外，使得支架的敞口面正对（或紧贴）沉箱接缝面，且探角伸入接缝内；支架在吊绳拉力、重力、浮力、探角与接缝之间作用力下保持姿态稳定。
S4、局部扫描测量：待声纳探头适应水温后开始检测，通过电缆调整声纳头姿态，控制声纳头在一个相对平坦表面得到一个扇区的数据，进行图像校准后开始测量，获得沉箱局部接缝的点云图像。
S5、点云去噪：利用QuickStitch数据处理软件去除点云图像中的噪点，再通过数据处理软件的分段处理功能、抽取功能和不规则三角网TIN模型构造功能，建成三维模型；
由于水下鱼群游动、水体流动、水上漂浮物多、测量目标本身反射特性的不均匀等，造成测量得到的点云图像数据中存在不稳定点和噪声点，需要剔除这些点，即点云去噪。
S6、局部接缝数据：从上述三位模型中提取检测位置的局部接缝数据；
S7、多点测量：通过吊绳变更探角伸入接缝的位置，重复步骤S3-S6，叠合若干局部接缝数据，得到整个沉箱的接缝数据；
由于施工过程受风、浪、流等诸多因素影响，沉箱接缝立体位置比较多样，可根据测试要求，调整测试深度，多次测量后，将测量数据拼接，得到整个沉箱接缝数据。
如图3所示，为福建某港区沉箱工程的沉箱安装平面布置示意图：
该码头平台采用大型重力式沉箱结构，预制沉箱45件，沉箱长×宽×高=17.55m×18.0m×18.61m，沉箱上现浇C35砼胸墙，胸墙宽5.2m。沉箱顶标高均为3.0m。
本次测试沉箱接缝自西南向东北进行编号，共4个，见图3。
采用美国BlueView5000-1350声纳扫描仪对沉箱安放施工效果进行检测，将水下隐蔽工程图像化，直观地反应隐蔽工程的全貌，为隐蔽工程的检验与缺陷的修护提供依据和可视化的资料。本次实施结合3＃接缝距顶高4m处缝宽测试说明。
在该安装工程中，3#接缝水下探测，
使用HY1200型声速剖面仪测试：声速值为1531米/秒，
使用本发明的测量方法及装置对3#接缝后趾缝宽进行检测，缝宽较小，平均为4cm；相邻沉箱沿海一侧产生前后错牙，约5cm。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.基于一种声纳探测支架的沉箱接缝量测方法，包括以下步骤：
S1、声速测量：使用声速剖面仪获取待测位置的声速值；
S2、安装检测装置：将声纳装置、测深仪、浮材分别与所述支架固定；声纳装置、测深仪分别通过电缆与控制装置相连，并将声速值输入控制装置的测试软件内；
S3、检测装置定位：通过吊绳将组装好的检测装置吊放于沉箱外，使得支架的敞口面正对沉箱接缝面，且探角伸入接缝内；
S4、局部扫描测量：待声纳探头适应水温后开始检测，获得沉箱局部接缝的点云图像；
S5、点云去噪：利用数据处理软件去除点云图像中的噪点，再通过数据处理软件的分段处理功能、抽取功能和不规则三角网TIN模型构造功能，建成三维模型；
S6、局部接缝数据：从上述三维模型中提取检测位置的局部接缝数据；
S7、多点测量：通过吊绳变更探角伸入接缝的位置，重复步骤S3-S6，叠合若干局部接缝数据，得到整个沉箱的接缝数据。
2.一种用于权利要求1所述的沉箱接缝量测方法的声纳探测支架，其特征在于，架体由若干支架组成，其水平截面呈梯形，纵向截面呈矩形；
支架腔内，底面中线处设有正对梯形敞口端的声纳台；
支架顶面和/或底面，梯形敞口端的中线处设有外延的探角；
若干浮材对称的设于支架的中点和/或支架的内角处。
3.根据权利要求2所述的声纳探测支架，其特征在于，还包括设于纵向支架上的测深仪，与声纳台上的声纳装置等高。
4.根据权利要求2所述的声纳探测支架，其特征在于，所述声纳装置为三维声纳扫描仪。
5.根据权利要求2所述的声纳探测支架，其特征在于，所述声纳装置距离支架敞口面的距离为1.5m。
6.根据权利要求2所述的声纳探测支架，其特征在于，所述探角的长度为20cm。
7.根据权利要求2所述的声纳探测支架，其特征在于，所述步骤S2中的测试软件，包括ProScan软件。
8.根据权利要求2所述的声纳探测支架，其特征在于，所述步骤S5中的数据处理软件，包括QuickStitch软件。
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