CN118107738A - 一种基于伪随机流场法测量管涌的无人测量船 - Google Patents

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石钰洁
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Abstract

本发明公开了一种基于伪随机流场法测量管涌的无人测量船，它包括船体、水下接收探头和一对人工电极发送器，所述船体内设置有探头连接线线圈、中央处理分析控制模块和伪随机波电流收发装置，所述水下接收探头与探头连接线线圈相连，所述船体的侧壁上设置有超声波测距模块。本发明提供一种基于伪随机流场法测量管涌的无人测量船，可以实现在恶劣环境和发生紧急情况时自动监测堤坝管涌隐患。

Description

一种基于伪随机流场法测量管涌的无人测量船
技术领域
本发明涉及一种基于伪随机流场法测量管涌的无人测量船，属于无人船舶测量领域。
背景技术
目前，我国堤坝管涌隐患探测的方法主要有地质钻探、人工探视、地球物理勘探以及流场法检测，地质钻探与人工探视具有局部性，又存在破坏性，同时人工探视既费力，又难以发现隐患。地球物理勘探大都局限在坝体表面，所以如今更加盛行的为伪随机流场法检测。
当堤坝发生疑似管涌的情况时，通常采用伪随机流场法来进行鉴定和勘察。但由于在使用伪随机流场法时需要在水中不同位置接收伪随机波电流，所以需要检测人员搭载小船在湖面、河面作业，十分不便，同时在恶劣环境和发生紧急情况时作业存在巨大安全风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种基于伪随机流场法测量管涌的无人测量船，可以实现在恶劣环境和发生紧急情况时自动监测堤坝管涌隐患。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
本发明一方面提供一种基于伪随机流场法测量管涌的无人测量船，它包括船体、水下接收探头和一对人工电极发送器，所述船体内设置有探头连接线线圈、中央处理分析控制模块和伪随机波电流收发装置，所述水下接收探头与探头连接线线圈相连，所述船体的侧壁上设置有超声波测距模块；
所述水下接收探头与伪随机波电流收发装置电性连接，所述伪随机波电流收发装置和超声波测距模块均与中央处理分析控制模块电性连接；
所述中央处理分析控制模块根据控制端规划路线自动行驶，同时控制探头连接线线圈对水下接收探头进行收回和释放，并打开伪随机波电流收发装置；
所述超声波测距模块通过超声波探测航道和水下是否存在障碍物，并反馈至中央处理分析模块，由中央处理分析模块下达规避指令；
两个所述人工电极发送器安装在测量水域中，用于在测量水域中产生供电电流。
进一步，所述船体的侧壁上设置有探头限制器，所述探头限制器用于对水下接收探头进行限位固定。
本发明另一方面提供一种基于伪随机流场法测量管涌的无人测量船的测量方法，它包括：
步骤S1、控制端下达释放探头指令和规划航线指令，中央处理分析控制模块根据指令调动探头连接线线圈释放探头连接线，同时打开探头限制器释放水下接收探头；
步骤S2、中央处理分析控制模块下达指令打开远端的人工电极发送器和伪随机波电流收发装置，人工电极发送器开始发送伪随机波电流并向水下接收探头传输当前伪随机波电流数据，伪随机波电流收发装置接收水下接收探头收集的不同深度的伪随机波电流，然后伪随机波电流收发装置将数据发送至中央处理分析控制模块；
步骤S3、中央处理分析控制模块对伪随机波电流收发装置发送的数据进行数据计算，得出整个水域的归一化电阻率值R的分布；
步骤S4、如果整个水域中某一区域的归一化电阻率值R高于其他区域，则判定这一区域存在管涌隐患。
进一步，所述归一化电阻率值R的计算公式为：
R＝ΔU/I；
其中，ΔU为检测到的归一化电位梯度；I为人工电极发送器的电流强度。
进一步，所述归一化电位梯度ΔU的计算公式为：
ΔU＝ΔUMN/(I*LMN)；
其中，ΔUMN为两个人工电极发送器之间的电位差；I为人工电极发送器的电流强度；LMN为两个人工电极发送器之间的距离。
采用了上述技术方案，本发明采用无人船按照控制端发出的工作指令在预定路线进行巡游，同时控制探头连接线线圈释放水下接收探头，水下接收探头将按照伪随机流场法接收由人工电极发送器释放伪随机波电流，并根据指令调整水下接收探头的位置，以此更加全面的检测接收伪随机波电流，实现自动测量堤坝管涌隐患。由于安装有超声波测距模块使得无人船可以自动检测并规避障碍物，保障船体以及水下接收探头安全，确保实验数据不被干扰，同时无人船体积偏小便于工作携带，放入水中可以根据控制端指令自动完成测量。
附图说明
图1为本发明的基于伪随机流场法测量管涌的无人测量船的原理框图；
图2为本发明的基于伪随机流场法测量管涌的无人测量船的主视图；
图3为图2的侧视图；
图4为图2的后视图；
图5为本发明的基于伪随机流场法测量管涌的无人测量船的内部控制区结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1-5所示，本实施例提供一种基于伪随机流场法测量管涌的无人测量船，它包括船体1、水下接收探头3和一对人工电极发送器，船体1内设置有探头连接线线圈5、中央处理分析控制模块6和伪随机波电流收发装置7，水下接收探头3与探头连接线线圈5相连，船体1的侧壁上设置有超声波测距模块2。
水下接收探头3与伪随机波电流收发装置7电性连接，伪随机波电流收发装置7和超声波测距模块2均与中央处理分析控制模块6电性连接。
中央处理分析控制模块6根据控制端规划路线自动行驶，同时控制探头连接线线圈5对水下接收探头3进行收回和释放，以此调节水下接收探头3的位置，并打开伪随机波电流收发装置7。
超声波测距模块2通过超声波探测航道和水下是否存在障碍物，并反馈至中央处理分析模块6，由中央处理分析模块6下达规避指令。超声波测距模块2对水中及水底进行障碍物扫描，以此使船体可以自动规避障碍，保护船体和探头不受损坏和影响测试数据。
船体1的侧壁上设置有探头限制器4，探头限制器4用于对水下接收探头3进行限位固定。
两个人工电极发送器安装在测量水域中，用于在测量水域中产生供电电流。
实施例二
如图1所示，本实施例提供一种基于伪随机流场法测量管涌的无人测量船的测量方法，其特征在于，它包括：
步骤S1、控制端下达释放探头指令和规划航线指令，中央处理分析控制模块6根据指令调动探头连接线线圈5释放探头连接线，同时打开探头限制器4释放水下接收探头3；
步骤S2、中央处理分析控制模块6下达指令打开远端的人工电极发送器和伪随机波电流收发装置7，人工电极发送器开始发送伪随机波电流并向水下接收探头3传输当前伪随机波电流数据强度大小、方向，伪随机波电流收发装置7接收水下接收探头3收集的不同深度的伪随机波电流，然后伪随机波电流收发装置7将数据发送至中央处理分析控制模块6；
步骤S3、中央处理分析控制模块6对伪随机波电流收发装置7发送的数据进行数据计算，得出整个水域的归一化电阻率值R的分布；
步骤S4、如果整个水域中某一区域的归一化电阻率值R高于其他区域，则判定这一区域存在管涌隐患。
具体地，归一化电阻率值R的计算公式为：
R＝ΔU/I；
其中，ΔU为检测到的归一化电位梯度，单位为mv/A*m；I为人工电极发送器的电流强度，单位为A。
归一化电位梯度ΔU的计算公式为：
ΔU＝ΔUMN/I*LMN；
其中，ΔUMN为两个人工电极发送器之间的电位差，单位为mv；I为人工电极发送器的电流强度，单位A；LMN为两个人工电极发送器之间的距离，单位为m。
在江、河、水库、湖泊中的水体在空间的分布一般为均匀体，通电时形成的动态导体的电流场电流密度是均匀分布的。
在存在管涌渗漏的水域，渗漏带形成线形导体，线形导体的电阻率一般比堤坝围岩的电阻率要低得多，所以电流线主要沿渗流方向分布。在主要渗漏带电流线密度相对较高，可以检测到归一化的电阻率值R值：ΔU/I。
在不存管涌渗漏的水域，水是相对静止的，其电场很微弱，且均匀分布，难以检测到归一化的ΔU/I值，把检测到的电位差转化为单位距离及单位电流强度时的电位差，即：ΔU＝ΔUMN/I*LMN。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于伪随机流场法测量管涌的无人测量船，其特征在于：它包括船体(1)、水下接收探头(3)和一对人工电极发送器，所述船体(1)内设置有探头连接线线圈(5)、中央处理分析控制模块(6)和伪随机波电流收发装置(7)，所述水下接收探头(3)与探头连接线线圈(5)相连，所述船体(1)的侧壁上设置有超声波测距模块(2)；
所述水下接收探头(3)与伪随机波电流收发装置(7)电性连接，所述伪随机波电流收发装置(7)和超声波测距模块(2)均与中央处理分析控制模块(6)电性连接；
所述中央处理分析控制模块(6)根据控制端规划路线自动行驶，同时控制探头连接线线圈(5)对水下接收探头(3)进行收回和释放，并打开伪随机波电流收发装置(7)；
所述超声波测距模块(2)通过超声波探测航道和水下是否存在障碍物，并反馈至中央处理分析模块(6)，由中央处理分析模块(6)下达规避指令；
两个所述人工电极发送器安装在测量水域中，用于在测量水域中产生供电电流。
2.根据权利要求1所述的基于伪随机流场法测量管涌的无人测量船，其特征在于：所述船体(1)的侧壁上设置有探头限制器(4)，所述探头限制器(4)用于对水下接收探头(3)进行限位固定。
3.一种如权利要求1～2中任一项所述的基于伪随机流场法测量管涌的无人测量船的测量方法，其特征在于，它包括：
步骤S1、控制端下达释放探头指令和规划航线指令，中央处理分析控制模块(6)根据指令调动探头连接线线圈(5)释放探头连接线，同时打开探头限制器(4)释放水下接收探头(3)；
步骤S2、中央处理分析控制模块(6)下达指令打开远端的人工电极发送器和伪随机波电流收发装置(7)，人工电极发送器开始发送伪随机波电流并向水下接收探头(3)传输当前伪随机波电流数据，伪随机波电流收发装置(7)接收水下接收探头(3)收集的不同深度的伪随机波电流，然后伪随机波电流收发装置(7)将数据发送至中央处理分析控制模块(6)；
步骤S3、中央处理分析控制模块(6)对伪随机波电流收发装置(7)发送的数据进行数据计算，得出整个水域的归一化电阻率值R的分布；
步骤S4、如果整个水域中某一区域的归一化电阻率值R高于其他区域，则判定这一区域存在管涌隐患。
4.根据权利要求3所述的基于伪随机流场法测量管涌的无人测量船，其特征在于：所述归一化电阻率值R的计算公式为：
R＝ΔU/I；
其中，ΔU为检测到的归一化电位梯度；I为人工电极发送器的电流强度。
5.根据权利要求4所述的基于伪随机流场法测量管涌的无人测量船，其特征在于：所述归一化电位梯度ΔU的计算公式为：
ΔU＝ΔUMN/(I*LMN)；
其中，ΔUMN为两个人工电极发送器之间的电位差；I为人工电极发送器的电流强度；LMN为两个人工电极发送器之间的距离。
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