CN110971310A - 应用在引水隧洞中的信号传输系统、方法及控制器 - Google Patents

应用在引水隧洞中的信号传输系统、方法及控制器 Download PDF

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张金接
姚成林
王万顺
邓中俊
杨玉波
赵文波
贾永梅
智斌
任志明
李春风
王会宾
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Abstract

本申请实施例提供一种应用在引水隧洞中的信号传输系统、方法及控制器，涉及水利水电工程技术领域，通过设置水上中控系统；位于隧洞内的无缆水下机器人，以及位于隧洞侧壁内部且沿隧洞延伸方向设置的光电复合缆，光电复合缆上设置有多个中继器；中继器通过光电复合缆与所述中控系统有缆通信连接，并与无缆水下机器人无线通信连接，以形成水下通信的网络结构；利用中继器中转，实现中控系统与无缆水下机器人之间的信息交互，从而提高水下通信的数据传输性能。

Description

应用在引水隧洞中的信号传输系统、方法及控制器
技术领域
本申请属于水利水电工程技术领域，具体涉及一种应用在引水隧洞中的信号传输系统、方法及控制器。
背景技术
传统上，引水隧洞巡检和隐患排查主要依靠人工方式，存在检测效率低、病变发现不及时、水下病变发现难、病变定量评估难等问题。近年来，水下检测技术快速发展，水下机器人搭载高分辨率的红外热像、断面声呐、侧扫声呐、多波束测深等系统，在水利水电工程水下检测领域应用越来越广。但这些技术方法更适用于坝前、堤防等开敞水域环境。对于长距离引水隧洞，水下机器人信号传输距离受限，上述技术方法的工程应用广度和深度上受到了较大制约。现有的水下通信和组网技术一直是制约水下装备技术发展的瓶颈技术。
无缆水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)可以依靠自身携带的动力自主航行，其航行位置可通过航速和时间来确定，具有活动范围大、无脐带纠缠、可进入复杂结构中等优点。但水下通讯带宽非常窄，信号传输距离有限，实现远距离、高速率的通信相对比较困难。
发明内容
为至少在一定程度上解决目前水下通信的网络架构在信号传输上性能较差的问题，本申请提供一种应用在引水隧洞中的信号传输系统、方法及控制器，能够实现远距离、高速率的水下通信。
为实现以上目的，本申请采用如下技术方案：
第一方面，提供了一种应用在引水隧洞中的信号传输系统，包括：水上中控系统；位于隧洞内的无缆水下机器人，以及位于隧洞侧壁内部且沿隧洞延伸方向设置的光电复合缆，所述光电复合缆上设置有多个中继器；所述中继器通过所述光电复合缆与所述中控系统有缆通信连接，并与所述无缆水下机器人无线通信连接；
所述中继器，用于接收并转发所述中控系统下发的控制指令给所述无缆水下机器人，以及将所述无缆水下机器人检测的水下数据发送回所述中控系统，以实现所述中控系统与所述无缆水下机器人之间的信息交互。
如上所述的应用在引水隧洞中的信号传输系统中，所述光电复合缆和所述中继器具体位于隧洞二衬边墙位置。
如上所述的应用在引水隧洞中的信号传输系统中，所述多个中继器沿隧洞延伸方向以相同间隔距离均匀设置在光电复合缆上。
如上所述的应用在引水隧洞中的信号传输系统中，所述光电复合缆由层绞式结构的缆芯和护层两部分构成，中间设有填充绳；其中电缆用于给所述中继器提供动力，光缆用于传输信号数据。
如上所述的应用在引水隧洞中的信号传输系统中，还包括接线盒，所述中继器通过所述接线盒与所述光电复合缆连接；其中，接线盒光信号接收接口连接所述光电复合缆光纤，接线盒电源接口连接所述光电复合缆金属导线。
如上所述的应用在引水隧洞中的信号传输系统中，所述光电复合缆的局端设备的输入电压为48VDC，输出电压为270-390VDC，单只模块的功率为800W，且局端电源模块采用N+1并联冗余模式。
如上所述的应用在引水隧洞中的信号传输系统中，所述中控系统下发的控制指令包括：控制所述无缆水下机器人的运动姿态、航速的指令。
如上所述的应用在引水隧洞中的信号传输系统中，所述无缆水下机器人检测的水下数据包括：检测图像、检测信号。
第二方面，提供了一种应用在引水隧洞中的信号传输方法，适用于第一方面所述的应用在引水隧洞中的信号传输系统，包括：
水上中控系统通过中继器中转下发控制指令给无缆水下机器人；
当所述无缆水下机器人靠近所述中继器时接收所述控制指令，并将检测到的水下数据通过所述中继器中转上传给所述中控系统。
第三方面，提供了一种控制器，用于执行如上所述的应用在引水隧洞中的信号传输方法。
本发明实施例提供的应用在引水隧洞中的信号传输系统、方法及控制器，通过设置水上中控系统；位于隧洞内的无缆水下机器人，以及位于隧洞侧壁内部且沿隧洞延伸方向设置的光电复合缆，光电复合缆上设置有多个中继器；中继器通过光电复合缆与所述中控系统有缆通信连接，并与无缆水下机器人无线通信连接，以形成水下通信的网络结构；利用中继器中转，实现中控系统与无缆水下机器人之间的信息交互，从而提高水下通信的数据传输性能。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中应用在引水隧洞中的信号传输系统结构示意图；
图2为本申请实施例中中继器布设架构示意图一；
图3为本申请实施例中中继器布设架构示意图二；
图4为本申请实施例中应用在引水隧洞中的信号传输方法流程图。
附图标号说明
1-中控系统、2隧洞、3-无缆水下机器人、4-光电复合缆、5-中继器。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。
本实施例提供一种应用在引水隧洞中的信号传输系统，如图1所示，该应用在引水隧洞中的信号传输系统包括：水上中控系统1；位于隧洞2内的无缆水下机器人3，以及位于隧洞2侧壁内部且沿隧洞延伸方向设置的光电复合缆4，光电复合缆4上设置有多个中继器5；中继器5通过光电复合缆4与中控系统1有缆通信连接，并与无缆水下机器人3无线通信连接；其中，
中继器5，用于接收并转发中控系统1下发的控制指令给无缆水下机器人3，以及将无缆水下机器人3检测的水下数据发送回中控系统1，以实现中控系统1与无缆水下机器人3之间的信息交互。
具体地，水上中控系统1(如中控电脑)基于水声通信技术，通过中继器5向无缆水下机器人(AUV)3发送工作参数控制命令，例如，控制无缆水下机器人3的运动姿态、航速的指令，以控制其在水下行驶。通过中继器5中继的方式尽可能减少了传输信号的衰减。无缆水下机器人3行驶到中继器5附近时，就近与设定距离范围内的中继器5通讯，组成多网交叉的网络结构，一方面将自身的状态信息发送给水上中控系统1，另一方面接收中控系统1发送的控制指令，并通过中继器5将检测的水下数据，例如检测图像、检测信号等发送回中控系统1，从而实现水上中控系统1和无缆水下机器人3之间的信息交互。
在一具体实施例中，如图2、图3所示，光电复合缆4和中继器5具体位于隧洞2二衬边墙位置，即隧洞内壁和二衬之间。
具体地，在水工隧洞施工阶段，可在隧洞内壁和二衬之间加装一根光电复合缆，上述多个中继器5可沿隧洞2延伸方向以相同间隔距离均匀设置在光电复合缆4上。例如，可沿光电复合缆4每隔200-300米加装一个中继器5。光电复合缆4可由层绞式结构的缆芯和护层两部分构成，中间设有填充绳；其中电缆用于给中继器5提供动力，光缆用于传输信号数据。
在一具体实施例中，上述应用在引水隧洞中的信号传输系统还可包括接线盒，中继器5通过接线盒与光电复合缆4连接；其中，接线盒光信号接收接口连接光电复合缆光纤，接线盒电源接口连接光电复合缆金属导线。
在一具体实施例中，上述光电复合缆的局端设备的输入电压为48VDC，输出电压为270-390VDC，单只模块的功率为800W，且局端电源模块采用N+1并联冗余模式。输出通过功率分配模块对各线路进行单独功率配置，提高了通用配置对不同容量负载设备的兼容性。
为配合实现控制上述应用在引水隧洞中的信号传输系统，本发明实施例提供一种应用在引水隧洞中的信号传输方法，如图4所示，该方法包括具体步骤如下。
S410，水上中控系统通过中继器中转下发控制指令给无缆水下机器人；
S410，当无缆水下机器人靠近中继器时接收控制指令，并将检测到的水下数据通过中继器中转上传给中控系统。
具体地，具体地，水上中控系统1(如中控电脑)基于水声通信技术，通过中继器5向无缆水下机器人(AUV)3发送工作参数控制命令，例如，控制无缆水下机器人3的运动姿态、航速的指令，以控制其在水下行驶。通过中继器5中继的方式尽可能减少了传输信号的衰减。无缆水下机器人3行驶到中继器5附近时，就近与设定距离范围内的中继器5通讯，组成多网交叉的网络结构，一方面将自身的状态信息发送给水上中控系统1，另一方面接收中控系统1发送的控制指令，并通过中继器5将检测的水下数据，例如检测图像、检测信号等发送回中控系统1，从而实现水上中控系统1和无缆水下机器人3之间的信息交互。
进一步的，本实施例还提供一种控制器，用于执行上述应用在引水隧洞中的信号传输方法。
本发明实施例提供的应用在引水隧洞中的信号传输系统、方法及控制器，通过设置水上中控系统；位于隧洞内的无缆水下机器人，以及位于隧洞侧壁内部且沿隧洞延伸方向设置的光电复合缆，光电复合缆上设置有多个中继器；中继器通过光电复合缆与所述中控系统有缆通信连接，并与无缆水下机器人无线通信连接，以形成水下通信的网络结构；利用中继器中转，实现中控系统与无缆水下机器人之间的信息交互，从而提高水下通信的数据传输性能。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为：表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种应用在引水隧洞中的信号传输系统，其特征在于，包括：水上中控系统；位于隧洞内的无缆水下机器人，以及位于隧洞侧壁内部且沿隧洞延伸方向设置的光电复合缆，所述光电复合缆上设置有多个中继器；所述中继器通过所述光电复合缆与所述中控系统有缆通信连接，并与所述无缆水下机器人无线通信连接；
所述中继器，用于接收并转发所述中控系统下发的控制指令给所述无缆水下机器人，以及将所述无缆水下机器人检测的水下数据发送回所述中控系统，以实现所述中控系统与所述无缆水下机器人之间的信息交互。
2.根据权利要求1所述的应用在引水隧洞中的信号传输系统，其特征在于，所述光电复合缆和所述中继器具体位于隧洞二衬边墙位置。
3.根据权利要求1所述的应用在引水隧洞中的信号传输系统，其特征在于，所述多个中继器沿隧洞延伸方向以相同间隔距离均匀设置在光电复合缆上。
4.根据权利要求1所述的应用在引水隧洞中的信号传输系统，其特征在于，所述光电复合缆由层绞式结构的缆芯和护层两部分构成，中间设有填充绳；其中电缆用于给所述中继器提供动力，光缆用于传输信号数据。
5.根据权利要求1所述的应用在引水隧洞中的信号传输系统，其特征在于，还包括接线盒，所述中继器通过所述接线盒与所述光电复合缆连接；其中，接线盒光信号接收接口连接所述光电复合缆光纤，接线盒电源接口连接所述光电复合缆金属导线。
6.根据权利要求5所述的应用在引水隧洞中的信号传输系统，其特征在于，所述光电复合缆的局端设备的输入电压为48VDC，输出电压为270-390VDC，单只模块的功率为800W，且局端电源模块采用N+1并联冗余模式。
7.根据权利要求1所述的应用在引水隧洞中的信号传输系统，其特征在于，所述中控系统下发的控制指令包括：控制所述无缆水下机器人的运动姿态、航速的指令。
8.根据权利要求1所述的应用在引水隧洞中的信号传输系统，其特征在于，所述无缆水下机器人检测的水下数据包括：检测图像、检测信号。
9.一种应用在引水隧洞中的信号传输方法，适用于权利要求1-8任一项所述的应用在引水隧洞中的信号传输系统，其特征在于，包括：
水上中控系统通过中继器中转下发控制指令给无缆水下机器人；
当所述无缆水下机器人靠近所述中继器时接收所述控制指令，并将检测到的水下数据通过所述中继器中转上传给所述中控系统。
10.一种控制器，其特征在于，用于执行权利要求9所述的应用在引水隧洞中的信号传输方法。
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