技术名称河道工程根石智能化探测系统

1、1、技术名称：河道工程根石智能化探测系统2、申报单位：山东黄河河务局济南黄河河务局 3、技术简介（技术原理，技术特点，应用范围，解决的具体问题等）3.1技术原理长期以来，河道整治工程水下根石智能化探测技术一直是困扰黄河防洪安全中急需解决的重大难题之一，解决根石智能化探测的技术问题，及时掌握根石的分布情况，对制定防洪抢险预案、减少河道整治工程出险、保证防洪安全至关重要。该项目根据河道工程黄河根石探测的实际情况，结合国内外先进的超声波探测技术及机器人控制技术，研究、开发出一种机动灵活、高效、准确、使用安全方便，满足黄河根石智能化探测要求的河道工程根石智能化探测系统。整个探测系统主要由三部分组成：超

2、声波探测仪、探测系统载体及液压控制系统、控制软件平台。1)系统以性能优、成本低的StrataBox浑水剖面深仪为探测仪。StraraBox浑水剖面测深仪是一个便携、低耗能、高分辨率的水下沉积物图像探测仪。StraraBox便携式浑水剖面测深仪的性能介于剖面仪和测深仪之间。它与测深仪相似，采用单传感器，但传感器采用了专门设计的高性能环形换能器，使用穿透能力强的低频超声波。对回声信号的处理与剖面仪相似，可接受水下多层界面的反射信号，换算出相应深度，并可设置不同的增益，即使在高含沙量水域中，对浑水深度、淤泥厚度的测量精度仍然较高。2)以开发岸上机器人系统作为载体，将机器人结构、智能控制技术引入到探测

3、载体的设计中去，即将前端携带探测仪伸缩臂和液压控制部分全部装在一个载体上，用人工结合计算机自动控制技术来完成整个探测过程。探测臂使用类似起重机的伸缩臂，结构简单，技术成熟。由于液压驱动的功率重量比大，传动平稳、快速，控制调节方便，抗恶劣环境性能强，我们采用液压传动。为保证系统在工作时有足够的稳定性，在载体前部设计了支承，可实现自动调平。3)根据黄河根石智能化探测结果要求，我们开发了界面友好、功能强大的应用软件。系统软件导入来自Stratabox仪器的原始回声数据，并进行解码分析，然后根据分析结构进行界面识别，从而获得水、淤泥、根石的界面分布，并根据数据完成横向坐标和纵向深度定位，自动匹配理想的

4、根石界面分布来计算根石的缺失量。软件对分析结果进行分类、存储，为以后更好地分析黄河根石分布奠定基础；软件含有根石走失专家系统，可以协助催这些数据进行分析，便于设计更好的根石填充方案，为将来的根石走失预测和分析提供依据。根据黄河河道工程根石智能化探测系统技术要求、探测现状及根石结构分析，设计过程中将整个探测系统分为5个子系统（如图所示）：探测系统总体设计及功能划分图3.2技术特点1）采用先进的Stratabox超声波探测技术，探测仪器能够适应黄河水流速度大、含沙量大的情况，穿透能力强，能够测出浑水以及淤泥覆盖下的根石界面，精度高水下根石人工探摸估计劳动强度大、工作效率低、精度差，不能准确反映根石

5、状况，这在一定程度上对黄河河道工程的整体防御能力将产生相当的隐患，对黄河下游沿岸的工农业生产和人民生命财产安全带来影响。而且极易造成根石多抛、错抛的现象，浪费大量宝贵防汛资金。超声波探测仪精度±0.15m，从根本上解决了这一问题。2）采用岸上机器人系统为载体，技术含量高，系统自动化程度高、效率高，机动灵活、安全可靠，操作方便，环境适应性强。目前常用探测手段均存在定位难的问题，尤其大水期间，水深流急根本无法进行探测。本系统采用岸上载体，具有不受河流环境的影响，载体本身就能实现定位，不需借助其它仪器（如GPS），安全性高，易于操作，机动灵活且成本低等特点。探测效率高，整个探测过程一人即可

6、完成。3）开发的专用软件系统功能齐全、界面友好，操作直观方便，实用性好，可直接输出根石断面图、计算出缺石位置和缺石量，并可自动存储、管理探测数据及结果。3.3应用范围本系统满足河道整治工程水下跟石智能化探测要求，能够在复杂恶劣的条件下工作更好地满足了抗洪、防汛、抢险的作业要求。便于及时掌握根石的分布情况，对制定防洪抢险预案、减少河道整治工程出险、保证防洪安全至关重要。3.4解决的具体问题该探测系统以小型履带式挖掘机为移动载体，探测作业装置采用液控伸缩式探测臂，结构合理可靠，稳定性好，能够满足探测范围的要求；系统采用非接触式水下超声波探测技术，能够在浑水状态下清晰分辨出水下淤泥和跟石界面，探测精度高；探测作业采用机电液一体化技术和自动控制技术，系统配套有计算机软件平台，主要用于探测作业的控制以及探测数据的采集、分析整理和存档。使用证明，该系统操作方便，动作灵活可靠，受环境因素影响小，探测效率高、结果准确可靠，解决了传统人工跟石探测存在的效率低，准确性差，作业不安全等问题。4、技术指标（经过具有资质的检测部门认可的性能指标）(1) 探测深度：25m（水下）；(2) 探测距离：1825m（坝顶沿子石外）；(3) 水利条件：流速04m/s、含沙150kg/m3； (4) 淤泥厚度：15m；(5) 探测精