雙頻識別聲吶在三河船閘工程水下檢測中的應用

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(江蘇省洪澤湖水利工程管理處， 江蘇 洪澤 223100)

雙頻識別聲吶在三河船閘工程水下檢測中的應用

榮海北，潘衛凱，李志榮

(江蘇省洪澤湖水利工程管理處， 江蘇 洪澤 223100)

為了了解三河船閘工程閘室、下游海漫及引航道運行狀態，采用DIDSON 300m型雙頻識別聲納系統對1～5號閘室、下游海漫及引航道進行水下聲納檢測成像并進行分析。經成像分析，可以發現閘室及廊道的混凝土部分損壞，伸縮縫內填料流失，部分檢測區域有石塊沉積。雙頻識別聲納(DIDSON)能夠在渾濁、黑暗的水下獲得清晰的影像數據，可有效探測和識別水下目標，能夠為水下工程檢測、航運安全提供很好的服務。

雙頻識別聲納； 聲納探測； 圖像識別； 工程實例

雙頻識別聲納(DIDSON)是由華盛頓大學研制的一種能夠在渾濁、黑暗的水下獲得清晰的影像數據[1]的聲成像系統。該系統通過聲學透鏡對聲波進行壓縮，在水下能以0.6°的聲束分辨率辨別距離30m處的物體或者生成近乎攝像質量的圖像，水平方向以0.3°的聲束識別15m處的物體，能夠實時動態地顯示水下的情況。雙頻識別聲納系統具有體積小、重量輕、分辨率高等特點，適用范圍廣，可實現水下目標的有效探測和識別[2～4]。

1 工程概況

三河船閘工程建成于1970年3月，設計年通航能力180萬t，按Ⅴ級航道設計，該工程位于江蘇省洪澤縣蔣壩鎮南端，是洪澤湖大堤的穿堤建筑物。上閘首通過洪澤湖大堤入洪澤湖，下游經入江水道三河段、石港船閘、金寶航道和南運西船閘連通大運河。三河船閘口門凈寬10m，閘室為擴散結構，有效長度100m，最大凈寬16m，工作閘門為人字形鋼閘門。

三河船閘工程是三河閘水利樞紐的組成部分。其主要功能是通航，兼顧防洪和抗旱輸水。它縮短了淮河與大運河之間的航行距離，對保障里下河地區人民的生命財產安全和周邊地區經濟繁榮具有重要作用。由于歷史原因下游護坦遺留大量亂石，嚴重影響船只通行安全。為進一步掌握該工程水下結構的運行情況及保證通航安全，采用DIDSON系統對三河船閘水下結構部分的運行情況進行了檢測及分析。具體檢測位置見圖1。

圖1 檢測位置

2 檢測內容和方法

2.1 檢測內容

a.閘室底板及伸縮縫，檢查有無缺陷、破損、淤積。

b.下閘首底板、消力檻、檢修門槽、伸縮縫及廊道有無缺陷、破損及雜物淤積。

c.下游海漫段及引航道30m范圍內，是否有大量塊石及雜物淤積。

2.2 檢測方法

采用DIDSON系統對水下結構物進行連續、實時、有序的視頻拍攝，對閘室及下游海漫、引航道按順流方向布置測線掃測，對消力檻、檢修門槽、廊道進行固定點位檢測，檢查水下結構物的運行及損壞情況。

2.3 檢測儀器

采用DIDSON 300m型雙頻識別聲納系統。其工作參數見表1。

表1 DIDSON 300m型雙頻識別聲納系統工作參數

3 現場監測

2012年10月17日對三河船閘工程進行了水下檢測。閘室段檢測選擇在與下游水位基本持平的低水位時段進行，據當日水情數據，本次檢測時閘室及下游海漫段水深3.0m左右。檢測時雙頻識別聲吶水下工作深度1.0m，掃測目標距離控制在5m以內，確保聲吶以高頻狀態、識別模式工作，成像清晰度高。對閘室及下游海漫按順水流向右、中、左三條測線掃測，廊道、消力檻、檢修門槽、人字門底進行局部定點掃測，確保掃測圖像有重疊、掃測區域無遺漏。

3.1 檢測結果

檢測結果及分析見表2，水下檢測圖像見下頁圖2。

表2 各部位檢測情況分析

圖2 水下檢測圖像

3.2 檢測結論

a.閘室底板混凝土面層存在局部損壞。

b.閘室底板分段連接處、閘室底板與下閘首底板連接處、下閘首底板與下游海漫連接處伸縮縫存在局部縫口損壞、填料流失現象。

c.下閘首左側廊道出口段內底板面層有一處沖坑破損。

d.下閘首底板近人字閘門底下游側有石塊沉積，檢修門槽底部有淤積，可能對閘門關閉運行及檢修期檢修門安放造成影響。

e.下游海漫面層及引航道河床有多處石塊沉積，會對過往船隊通行造成不利影響。

3.3 處理建議

a.對閘室及廊道混凝土破損部位用水下高強混凝土進行修補。

b.對伸縮縫內沖失的填料進行補充維修。

c.對人字閘門底部、檢修門槽底部、下游海漫面層及引航道河床的石塊沉積和淤積實施清淤處理。

4 結 語

由聲學基礎知識可知，即使是在同樣的入射波照射下，不同目標的回波也不一樣。水下任何特征物體在DIDSON雙頻識別聲納圖像中都呈現出特征形狀或呈現陰影。根據影像圖資料及特征物形狀分析，就可以確定水下特征目標物的屬性，進而有效地實現水下目標探測和識別。本次檢測摸清了三河船閘水下工程現狀，為管理單位下一步工程維護提供了基礎資料。

[1] Belcher E O, Lynn D C. Acoustic, near-videoquality images for work in turbid water[J]. Proceedings of Underwater Intervention. 2000： 2000.

[2] 黃東武，暴景陽，桑金. 水下機器人雙頻識別聲納系統應用研究[C]//第二十一屆海洋測繪綜合性學術研討會論文集.2009.

[3] 天津海事局海測大隊. 水下機器人(ROV)系統[J]. 中國海事， 2010(05): 26.

[4] 張進. 基于雙頻識別聲納DIDSON的魚群定量評估技術[D]. 上海海洋大學, 2012.

ApplicationofDIDSONinSanheShipLockProjectUnderwaterDetection

Rong Hai-bei, Pan Wei-kai, Li Zhi-rong

(Jiangsu Hongze Lake Hydraulic Engineering Management Office, Hongze 223100, China)

In order to understand lock chamber, downstream apron extension and approach channel operational state of the Sanhe Ship Lock Project, the DIDSON 300m dual-frequency identification sonar system is applied for underwater sonar detection images and analysis on No. 1—5 lock chambers, downstream apron extension and approach channel. By imaging analysis, it is known that the concrete in lock chamber and coverway is partially damaged, the filler in expansion joints is lost, and there are stones deposited in part of the detection area. The dual-frequency identification sonar(DIDSON) can obtain the clear image data, detect and identify underwater targets effectively in muddy and dark water. It can provide good conditions for underwater engineering detection and shipping safety.

dual-frequency identification sonar(DIDSON); sonar detection; image identification; project case

TV53

A

1005-4774(2014)11-0060-03