管道机器人在山前水库涵洞检测中的应用

2014-10-25黄院生

中国水利 2014年14期

黄院生

(福建省水利管理中心，350001，福州)

水库涵洞检测是水库管理的重要内容之一,中小型水库出险多数是涵洞隐患没有及时发现造成的,针对中小型水库大部分涵洞存在着洞径小、人员不易进入检测等难题,2012年福建省水利管理中心提出《水库涵(隧)洞管道机器人检测应用研究》课题申请,得到福建省水利厅的支持,将其列入2013年科研补助项目。

一、工程概况

福建省东张水库总库容19 900万m3，大坝为混凝土宽缝重力坝,山前水库是东张水库人饮供水的中转水库，在东张水库高干渠道桩号53+435处设置闸门，将渠水引入水库，解决福清市龙田、三山等5镇居民生活用水。

山前水库枢纽工程由主坝、副坝、输水涵洞、供水管道等组成。大坝为均质土坝，主副坝顶高程21.50 m，输水涵洞位于主坝桩号0+121处，进口底高程11.30 m,进水口管径为500 mm,涵洞为浆砌石结构，矩形断面,宽0.8 m，高1.70 m，底坡 1/300,正常水位时流量1.847 m3/s。主坝右侧设有供水管道,供水管道取水口高程为15 m，出口高程为11 m。

2012年，山前水库大坝防洪标准和渗流安全经鉴定评价为C级，三类坝。

二、涵洞检测

考虑当前机器人技术的发展,决定通过管道机器人的成像功能获取水库涵洞的相关图像，从而判断水库涵洞的状况及存在问题、缺陷。

1.管道机器人的特点

管道检测机器人主要由主控制器、爬行器、线缆盘等组成，机器人爬行器搭载的旋转镜头受控于主操作命令，实现镜头的水平、垂直、旋转、调焦变倍以及前后视切换等动作，检测过程中主控制器可实时显示、录制镜头传回的高清画面以及爬行状态信息，达到全方位探测输水涵洞的目的。

使用机器人对涵洞进行快速视频探测，结合管道检测软件对检测视频进行判读，生成专业的检测报告和直观的涵洞内壁图像等，以便进行更精细、可量化的分析。

2.检测工序

①安装：将机器人及手持采集器、汽油发电机、附属材料等检测设备和材料运到水库现场,取出爬行器和镜头，通过快接接头将镜头固定在爬行器上，检测所用的轮子视涵洞水位及洞底平整度情况,选用直径为26.67 cm(8寸)的轮子。利用控制电缆将爬行器和镜头、主控制器连接起来，连接主控制器电缆到发电机插口。

②发电调试：山前水库输水涵洞附近没有可供机器人使用的电源,采用汽油发电机进行发电，待其运行平稳后打开开关向主控制器送电。在地面通过主控制器对机器人发送指令，检查爬行器的抬升架起落情况，检查爬行器前进后退、灯光、镜头的水平左右旋转、调焦控制等动作，以检查设备是否处于良好状态。同时将所要检测的涵洞的基本信息输入主控制器保存。

③检测：将携带镜头的爬行器放置在水库涵洞出口底板，打开爬行器上的前照灯，通过人工操作主控制器的控制键，爬行器带着电缆实现向前爬行，并通过主控制器上的屏幕跟踪查看镜头传来的涵洞洞体画面和爬行器爬行状态，同时实时录制爬行器的爬行距离、坡度以及镜头传回的涵洞洞内画面等信息。根据传回的画面，如遇到需要重点查看的位置,如漏水、障碍物等，可通过主控制器来控制镜头的上下左右旋转以及爬行器的进退变换，并通过调焦放大所需要观察位置的画面，以便清晰地观察。

④返回：当检测结束时，通过主控制器操作让爬行器后退，熄灭前灯，打开后视灯，通过主控制器的屏幕查看后退情形，适时控制左右方向，以便爬行器顺利退出涵洞。同时，适时地回收电缆线于电缆盘内。

⑤设备归位：当完成所有检测工作后，设备退回涵洞口，按设备安装的程序反向操作，拆卸爬行器、镜头、电缆等，将爬行器、镜头擦干，归位入箱装好。

⑥内业整理：取出主控制器的记录盘，导入电脑进行软件、人工判读等内业整理。