CN117148361A - 海上风电桩基础超声波高精度测距方法、系统及存储介质 - Google Patents

海上风电桩基础超声波高精度测距方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海上风电桩基础超声波高精度测距方法、系统及存储介质。本发明的方法包括以下步骤：S1：基于风浪流港池开展的物理模型试验，利用可摆动的超声波探头获取超声波测量距离；S2：根据S1中的超声波探头摆动角度，不断调整钢尺测量角度和测量目标，并返回测量点钢尺测量距离；S3：在同一摆动角度下，比较不同强度超声波测量距离和钢尺测量距离，构建校正方法；S4：根据校正方法确定超声波测距最佳方法。本发明破解了传统桩周超声波测距受声强制约精度偏低的难题，可针对恶劣海况和复杂地形，实现桩基础冲刷后地形监测数据的高精度反馈。

Description

海上风电桩基础超声波高精度测距方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及超声波测距领域，更具体的说是涉及一种海上风电桩基础超声波高精度测距方法、系统及存储介质。
背景技术
近年来，海上工程建设越来越多，如跨海大桥、石油平台、海上风电场等。海上风机长期服役下，海洋动力会造成风机基础冲刷导致承载力下降，带来较大的经济损失。为了保障工程运行按照亟需对桩基础近区海床冲刷情况进行监测，其中超声波以其测量速度快、精度较高，且不破坏水下地形的自然状态，是目前国内外较为推崇的测量方式。但实际情况下，造成超声波照出去后出现类似于手电筒的面区域，距离越远面的范围越大，当超声波固定在桩基础上时，当超声波探头转动至与桩基础上较小角度时，其发射的超声信号会受到桩基础上干扰。导致实际地形测量时，面域内返回测量值的点是随机的，则造成地形测量不准。
超声波射出后出现类似于手电筒的面区域，距离越远面的范围越大。而实际地形测量时，面域内返回测量值的点是随机的，例如超声探头一般布设于桩身，当探头转动角度与桩身成锐度角时，可能根据超声强度优先级、返回打在桩身上超声值，造成地形测量不准，尤其是在恶劣海况下，超声波测距精度更低。
因此，如何解决上述技术问题是本领域技术人员亟需研究的。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种海上风电桩基础超声波高精度测距方法、系统及存储介质，以解决背景技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种海上风电桩基础超声波高精度测距方法，包括以下步骤：
S1：基于风浪流港池开展的物理模型试验，利用可摆动的超声波探头获取超声波测量距离；
S2：根据S1中的超声波探头摆动角度，不断调整钢尺测量角度和测量目标，并返回测量点钢尺测量距离；
S3：在同一摆动角度下，比较不同强度超声波测量距离和钢尺测量距离，构建校正方法；
S4：根据校正方法确定超声波测距最佳方法。
进一步的，在S1中，利用超声波探头获取超声波测量距离，具体包括以下步骤：
S11：将探头用锁链环抱至风电桩基础上，基于开放面域测量权限的超声波探头进行风电桩近区海床面域冲刷数据测量，当超声波射向海床，获取面域不同信号强度的超声波距离；
S12：采用超声波波束扫测海上风电桩近区的海床地形，从而获取距离信息；
S13：基于舵机云台，不断调整超声探头扫射角度，获取桩体远端海床距离，以及近桩体距离受桩体影响测量距离。其中，海床在桩体1.5m以内为近距离，超过这个为远距离，远距离约为1.5～50m。
进一步的，在S2中，钢尺测量距离，具体包括以下步骤：
S21：采用物理弹测钢尺测量风浪流港池的地形数据，当钢尺接触地面后返回钢尺读数；
S22：根据S1中的超声波探头摆动角度，调整钢尺测量角度和测量目标，并返回测量点钢尺测量距离；
S23：通过S21和S22形成的基于钢尺测量的距离数据，建立测量点距离z与摆动角度的相关关系：
z＝f(a，b)；
其中，a表示竖向角度，b表示侧向摆动角度。
进一步的，在S3中，构建校正方法的具体步骤如下：
S31：构建距离校正方法，若超声波测量数据与物理弹测钢尺测量数据差值小于预设值，则返回超声波某一波速强度值I＝i1，若返回的强度值大于预设值，则为多个强度值均值；具体的，某一动力强度值i，即表示超声波(不同强度)照射到床面返回的值，与钢尺打到床面返回的物理值相差不大，则返回某一个具体的超声强度(从很多超声强度中挑选一个最匹配的)。
S32：在同一摆动角度下，比较不同强度超声波速距离与物理测量距离；
S33：基于测量大数据，建立不同角度超声波速强度I与测量距离z直接的相关关系：
z＝f((a,b),I)；
其中，a表示竖向角度，b表示侧向摆动角度。
一种海上风电桩基础超声波高精度测距系统，包括：
超声波测距模块：用于基于风浪流港池开展的物理模型试验，利用可摆动的超声波探头获取超声波测量距离；
钢尺测距模块：用于根据超声波测距模块中的超声波探头摆动角度，不断调整钢尺测量角度和测量目标，并返回测量点钢尺测量距离；
校正方法构建模块：用于在同一摆动角度下，比较不同强度超声波测量距离和钢尺测量距离，构建校正方法；
测距选取模块：用于根据校正方法确定超声波测距最佳方法。
一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任意一项所述的一种海上风电桩基础超声波高精度测距方法的步骤。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种海上风电桩基础超声波高精度测距方法、系统及存储介质，破解了传统桩周超声波测距受声强制约精度偏低的难题，可针对恶劣海况和复杂地形，实现桩基础冲刷后地形监测数据的高精度反馈。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明的方法流程示意图；
图2为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种海上风电桩基础超声波高精度测距方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：基于风浪流港池开展的物理模型试验，利用可摆动的超声波探头获取超声波测量距离；
S2：根据S1中的超声波探头摆动角度，不断调整钢尺测量角度和测量目标，并返回测量点钢尺测量距离；
S3：在同一摆动角度下，比较不同强度超声波测量距离和钢尺测量距离，构建校正方法；
S4：根据校正方法确定超声波测距最佳方法。
进一步的，在S1中，基于大型风浪流港池，开展基于超声波探头的距离大数据测量，模型研究的问题为：浪流联合作用下海上风电桩近区海床局部冲刷变化。
S11：将探头用锁链环抱至风电桩基础上，基于开放面域测量权限的超声波探头进行风电桩近区海床面域冲刷数据测量，当超声波射向海床，可获取面域不同信号强度的超声波距离。
S12：采用超声波波束扫测海上风电桩近区的海床地形，从而获取距离信息。
S13：基于舵机云台，不断调整超声探头扫射角度(竖向摆动和侧向摆动)，获取大量测量距离信息，包含了与桩体距离较远的远端海床距离，以及近桩体距离较近受桩体影响测量距离。
进一步的，在S2中，在上述试验基础上进行标定用距离数据测量。
S21：针对第一步中涉及到的在大型风浪流港池开展的物理模型试验结果，采用物理弹测钢尺测量地形数据，当钢尺接触地面后返回钢尺读数。
S22：遵循S1中的超声波摆动角度，不断调整钢尺测量角度和测量目标，并返回测量点钢尺测量距离。
S23：通过S21-S22将形成基于钢尺测量的距离大数据，进一步建立测量点距离z与摆动角度(竖向角度a，侧向摆动角度b)的相关关系，即z＝f(a，b)。
进一步的，在S3中，协调校正比对超声波测量数据与物理弹测钢尺测量数据。
S31：构建距离校正方法，若超声波测量数据与物理弹测钢尺测量数据差值小于0.2m(以0.2m为例，此值可根据超声波精度要求调整)，则返回超声波某一波速强度值I＝i1，若返回的强度值大于2，则为多个强度值均值，即I＝mean(i1,i2,i3,…)。即超声波测量数据(面域测量，可以返回很多值)与物理弹测钢尺测量数据比对。由于两者难以完全的相等，以两者差值0.2m为基准，若两者差值小于0.2m，则把超声测量的强度值返回，这个返回的强度一般不会是1个，相邻附近会有很多，则取这些返回值的平均值作为想要的超声强度。
S32：在同一摆动角度下，比较不同强度超声波速距离与物理测量距离。
S33：基于测量大数据，建立不同角度超声波速强度I与测量距离z直接的相关关系，即z＝f((a,b),I)。
进一步的，在S4中，基于大型风浪流港池，开展不同地形和不同风电桩基结构情况的数据协调校验和率定工作，重复S1～S2，基于大数据测量成果，建立不同超声波探头摆动角度下，因素考虑更全面的距离与超声波强度信号的大数据相关关系。并将基于角度、超声波强度、测量距离大数据关系，修正超声设备算法，推广应用于现场尺度。
与图1所示方法对应的，本发明还公开了一种海上风电桩基础超声波高精度测距系统用于对图1方法的实现，具体结构如图2所示，包括：
超声波测距模块：用于基于风浪流港池开展的物理模型试验，利用可摆动的超声波探头获取超声波测量距离；
钢尺测距模块：用于根据超声波测距模块中的超声波探头摆动角度，不断调整钢尺测量角度和测量目标，并返回测量点钢尺测量距离；
校正方法构建模块：用于在同一摆动角度下，比较不同强度超声波测量距离和钢尺测量距离，构建校正方法；
测距选取模块：用于根据校正方法确定超声波测距最佳方法。
本实施例公开了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任意一项所述的一种海上风电桩基础超声波高精度测距方法的步骤。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种海上风电桩基础超声波高精度测距方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：基于风浪流港池开展的物理模型试验，利用可摆动的超声波探头获取超声波测量距离；
S2：根据S1中的超声波探头摆动角度，不断调整钢尺测量角度和测量目标，并返回测量点钢尺测量距离；
S3：在同一摆动角度下，比较不同强度超声波测量距离和钢尺测量距离，构建校正方法；
S4：根据校正方法确定超声波测距最佳方法。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电桩基础超声波高精度测距方法，其特征在于，在S1中，利用超声波探头获取超声波测量距离，具体包括以下步骤：
S11：将探头用锁链环抱至风电桩基础上，基于开放面域测量权限的超声波探头进行风电桩近区海床面域冲刷数据测量，当超声波射向海床，获取面域不同信号强度的超声波距离；
S12：采用超声波波束扫测海上风电桩近区的海床地形，从而获取距离信息；
S13：基于舵机云台，不断调整超声探头扫射角度，获取桩体远端海床距离，以及近桩体距离受桩体影响测量距离。
3.根据权利要求1所述的一种海上风电桩基础超声波高精度测距方法，其特征在于，在S2中，钢尺测量距离，具体包括以下步骤：
S21：采用物理弹测钢尺测量风浪流港池的地形数据，当钢尺接触地面后返回钢尺读数；
S22：根据S1中的超声波探头摆动角度，调整钢尺测量角度和测量目标，并返回测量点钢尺测量距离；
S23：通过S21和S22形成的基于钢尺测量的距离数据，建立测量点距离z与摆动角度的相关关系：
z＝f(a，b)；
其中，a表示竖向角度，b表示侧向摆动角度。
4.根据权利要求1所述的一种海上风电桩基础超声波高精度测距方法，其特征在于，在S3中，构建校正方法的具体步骤如下：
S31：构建距离校正方法，若超声波测量数据与物理弹测钢尺测量数据差值小于预设值，则返回超声波某一波速强度值I＝i1，若返回的强度值大于预设值，则为多个强度值均值；
S32：在同一摆动角度下，比较不同强度超声波速距离与物理测量距离；
S33：基于测量大数据，建立不同角度超声波速强度I与测量距离z直接的相关关系：
z＝f((a,b),I)；
其中，a表示竖向角度，b表示侧向摆动角度。
5.一种海上风电桩基础超声波高精度测距系统，其特征在于，包括：
超声波测距模块：用于基于风浪流港池开展的物理模型试验，利用可摆动的超声波探头获取超声波测量距离；
钢尺测距模块：用于根据超声波测距模块中的超声波探头摆动角度，不断调整钢尺测量角度和测量目标，并返回测量点钢尺测量距离；
校正方法构建模块：用于在同一摆动角度下，比较不同强度超声波测量距离和钢尺测量距离，构建校正方法；
测距选取模块：用于根据校正方法确定超声波测距最佳方法。
6.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任意一项所述的一种海上风电桩基础超声波高精度测距方法的步骤。
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