小型遥控水下机器人在水利工程中的应用

唐治1，许宇平1，徐思佳2

关键词：小型遥控水下机器人；水利工程；应用

引言

水下机器人也是一种水下潜器，其功能强大，以其使用需求及智能化程度为依据，可以将水下机器人划分为智能水下机器人、载人水下机器人、拖拽式水下机器人及遥控式水下机器人4种。随着经济的发展，尤其对水资源的开发与利用，小型遥控水下机器人具有重量轻、体积小、操作方便、稳定性强、续航能力强、可应用于狭窄环境中等特点，使其越来越受到用户的信任与重视。目前，水下机器人广泛应用于水下环境检测、水下目标探测等水利工程的各个领域，在水利工程中越来越发挥着不可替代的重要作用。

1遥控水下机器人概述

1.1系统简介

水下机器人，也被叫做无人水下潜水器，它并不是一种与人体形状类似的机器，而是一种能够代替水下工作人员完成任务的一种装置，往往适用于大范围的长时间的水下作业。按照与水面支持系统之间的联系方式可以将水下机器人分为无缆水下机器人及有缆水下机器人2种类型，其中有缆水下机器人也被称为遥控水下机器人。

遥控水下机器人，简称ROV。该系统由水下潜器、水面控制台、脐带缆这三部分组成。其中水下潜器属于传感器、水下作业工具、水下摄像头等的运动载体；水面的动力与控制命令由脐带缆传送至潜器，在把潜器获取的声纳、视频及相关数据传递至控制台。而水面控制台用来调节或控制潜器的灯光、运动、焦距等，同时还要实时显示出相对应的水下图像与观测数据。遥控水下机器人具有体积小、操作灵活且简便等特点，能够使用控制台上的几个按钮对机器人的前进、后退、上升、下沉、云台俯视等动作进行控制。另外，遥控水下机器人还能够携带图像扫描声纳、定位声纳、辐射传感器、多参数水质检测传感器、机械手等，能够实时观测与检测水下视频，因此已在搜寻丢失设备、安装水下结构与基阵、探查坝体、拦污栅及病险水库等多个方面得到广泛应用。

1.2特点

①灵活且性价比较高。尺寸最大也只有35cm，能够进入工作人员与大型机器无法进入的狭小的空间内；②重量轻，系统的重量在50kg以下，单人就能够携带进而对各项操作与控制进行完成；③控制灵活：既可以通过系统控制台来操作，又可以使用游戏控制器无线进行控制，还能够使用计算机及Interent网络进行控制。由于体积较小，不用母船进行支撑，控制与操作相对灵活。④配置丰富：遥控水下机器人配置了音频注释设备、记录设备、USB适配器、脐带缆收放系统等，为实际的水下作业提供了极大的便利；⑤功能强大：不仅仅可以在水下进行视频观察与检查，还能够连接辐射传感器、金属测厚仪等多种传感器，而且还可以携带机械手等工具开展水下作业。

2小型遥控水下机器人在水利工程中的应用

2.1集中查找渗漏点及关键技术应用

多次实践与试验结果表明，应当采取有效的探查技术方法应对水下集中渗漏问题。通常采取“实时高清摄像与喷墨示踪”相结合的方法：使用小型遥控水下机器人的高清摄像头，实时对异常区域结构的完整性进行检查，查找出裂缝、开翘、锈胀等结构破损区域。使用水下机器人机身摇起的浮尘对水流的方向进行准确判断，再使用喷墨装置，在渗漏位置处喷射有色试剂。再以流向流速为依据对渗漏的入口进行判断，并对流量进行推算。但是，这一方法也存在着一定程度的局限性，在水质较差、漏量小、流态稳定性差的水体中，并不能够取得较好的探查效果。

某水库大坝运行时间较长，在左岸隧洞位置处出现了较为明显的渗漏现象，水库的水位为167.3m时渗漏量为218L/S。以水库工程现场的条件为依据，初步判断隧洞渗漏可能为闸门破损或山体裂缝导致的。为了对渗漏的位置及范围进行准确判断，工作人员首先使用“伪随机流法”对渗漏异常区域进行判断。之后，沿着启闭拉杆把水下机器人从水面往水下潜，再逐个详细排查不同水深的启闭拉杆与周边的山体，一直到高程为147.2m的低涵闸门进口位置处的底部。再使用“实时高清摄像与喷墨示踪”相结合的方法逐个排查渗漏区域。

2.2水下混凝土面板裂缝及止水检查

水下机器人系统具备的高清摄像及激光测距技术对检查水下混凝土面板接缝、裂缝等具有较为明显的效果。可以使用激光测距对视频内的检查对象进行丈量。如果对象的尺寸较小，可以截图查阅对象的图像与尺寸对照表来获取。另外，还可以通过喷墨示踪试验以验证接缝处的止水效果。

某水库大坝在蓄水之后出现严重的渗漏现象，渗漏量最大能够达到1.4m3/s，水库内部的水质较好，面板上的淤积也较少，铺盖之上出现的接缝、裂缝等情况应当采用水下机器人系统进行水下探测。而上游的面板面积比较大，且存在着较大的接缝段，所以必须制定出有效而合理的水下检查方案。以相关数据为依据，还要结合面板坝的实际特点，重点对趾板、接缝止水效果等进行检查，并采取快速巡游的方法检查其余的面板，一旦发现有可疑的部位就必须定点进行详细检查，并将隐患位置区域的数量、位置等信息进行详细记录。3效益分析

①经济效益。小型遥控水下机器人系统的引进能够使水利工程观察的时效性与准确性得到明显提高，大大减少工作人员的工作强度，为了解工作人员无法达到的水下区域的实际状况提供帮助。

②环境效益。水下机器人的应用能够使工程管理单位对工程运行状况进行及时了解，并支持调度决策。优化与配置水库水资源并对其进行合理利用，进而形成和谐的生态环境，为实现人类的健康发展提供一定的保障。

③社会效益。水下机器人在水利工程的应用为保障工程的安全性提供了科学的技术支撑，有利于流域防洪、供水与生态的安全性。

4结语

小型遥控水下机器人在水利工程中的应用，改变了以往传统的不了解水下工程的局面。水下机器人引进设备的智能化程度与技术含量都比较高，通过整合系统、通信与计算机的结合等实现连续观测水下工程，为工程实际运用及解决问题提供一定的信息与决策依据，同时对于确保水利工程的安全性，发挥水利工程的经济、环境与社会效益等具有重要意义。

参考文献：

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