双频识别声呐在三河船闸工程水下检测中的应用

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(江苏省洪泽湖水利工程管理处， 江苏 洪泽 223100)

双频识别声呐在三河船闸工程水下检测中的应用

荣海北，潘卫凯，李志荣

(江苏省洪泽湖水利工程管理处， 江苏 洪泽 223100)

为了了解三河船闸工程闸室、下游海漫及引航道运行状态，采用DIDSON 300m型双频识别声纳系统对1～5号闸室、下游海漫及引航道进行水下声纳检测成像并进行分析。经成像分析，可以发现闸室及廊道的混凝土部分损坏，伸缩缝内填料流失，部分检测区域有石块沉积。双频识别声纳(DIDSON)能够在浑浊、黑暗的水下获得清晰的影像数据，可有效探测和识别水下目标，能够为水下工程检测、航运安全提供很好的服务。

双频识别声纳； 声纳探测； 图像识别； 工程实例

双频识别声纳(DIDSON)是由华盛顿大学研制的一种能够在浑浊、黑暗的水下获得清晰的影像数据[1]的声成像系统。该系统通过声学透镜对声波进行压缩，在水下能以0.6°的声束分辨率辨别距离30m处的物体或者生成近乎摄像质量的图像，水平方向以0.3°的声束识别15m处的物体，能够实时动态地显示水下的情况。双频识别声纳系统具有体积小、重量轻、分辨率高等特点，适用范围广，可实现水下目标的有效探测和识别[2～4]。

1 工程概况

三河船闸工程建成于1970年3月，设计年通航能力180万t，按Ⅴ级航道设计，该工程位于江苏省洪泽县蒋坝镇南端，是洪泽湖大堤的穿堤建筑物。上闸首通过洪泽湖大堤入洪泽湖，下游经入江水道三河段、石港船闸、金宝航道和南运西船闸连通大运河。三河船闸口门净宽10m，闸室为扩散结构，有效长度100m，最大净宽16m，工作闸门为人字形钢闸门。

三河船闸工程是三河闸水利枢纽的组成部分。其主要功能是通航，兼顾防洪和抗旱输水。它缩短了淮河与大运河之间的航行距离，对保障里下河地区人民的生命财产安全和周边地区经济繁荣具有重要作用。由于历史原因下游护坦遗留大量乱石，严重影响船只通行安全。为进一步掌握该工程水下结构的运行情况及保证通航安全，采用DIDSON系统对三河船闸水下结构部分的运行情况进行了检测及分析。具体检测位置见图1。

图1 检测位置

2 检测内容和方法

2.1 检测内容

a.闸室底板及伸缩缝，检查有无缺陷、破损、淤积。

b.下闸首底板、消力槛、检修门槽、伸缩缝及廊道有无缺陷、破损及杂物淤积。

c.下游海漫段及引航道30m范围内，是否有大量块石及杂物淤积。

2.2 检测方法

采用DIDSON系统对水下结构物进行连续、实时、有序的视频拍摄，对闸室及下游海漫、引航道按顺流方向布置测线扫测，对消力槛、检修门槽、廊道进行固定点位检测，检查水下结构物的运行及损坏情况。

2.3 检测仪器

采用DIDSON 300m型双频识别声纳系统。其工作参数见表1。

表1 DIDSON 300m型双频识别声纳系统工作参数

3 现场监测

2012年10月17日对三河船闸工程进行了水下检测。闸室段检测选择在与下游水位基本持平的低水位时段进行，据当日水情数据，本次检测时闸室及下游海漫段水深3.0m左右。检测时双频识别声呐水下工作深度1.0m，扫测目标距离控制在5m以内，确保声呐以高频状态、识别模式工作，成像清晰度高。对闸室及下游海漫按顺水流向右、中、左三条测线扫测，廊道、消力槛、检修门槽、人字门底进行局部定点扫测，确保扫测图像有重叠、扫测区域无遗漏。

3.1 检测结果

检测结果及分析见表2，水下检测图像见下页图2。

表2 各部位检测情况分析

图2 水下检测图像

3.2 检测结论

a.闸室底板混凝土面层存在局部损坏。

b.闸室底板分段连接处、闸室底板与下闸首底板连接处、下闸首底板与下游海漫连接处伸缩缝存在局部缝口损坏、填料流失现象。

c.下闸首左侧廊道出口段内底板面层有一处冲坑破损。

d.下闸首底板近人字闸门底下游侧有石块沉积，检修门槽底部有淤积，可能对闸门关闭运行及检修期检修门安放造成影响。

e.下游海漫面层及引航道河床有多处石块沉积，会对过往船队通行造成不利影响。

3.3 处理建议

a.对闸室及廊道混凝土破损部位用水下高强混凝土进行修补。

b.对伸缩缝内冲失的填料进行补充维修。

c.对人字闸门底部、检修门槽底部、下游海漫面层及引航道河床的石块沉积和淤积实施清淤处理。

4 结 语

由声学基础知识可知，即使是在同样的入射波照射下，不同目标的回波也不一样。水下任何特征物体在DIDSON双频识别声纳图像中都呈现出特征形状或呈现阴影。根据影像图资料及特征物形状分析，就可以确定水下特征目标物的属性，进而有效地实现水下目标探测和识别。本次检测摸清了三河船闸水下工程现状，为管理单位下一步工程维护提供了基础资料。

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

[2] 黄东武，暴景阳，桑金. 水下机器人双频识别声纳系统应用研究[C]//第二十一届海洋测绘综合性学术研讨会论文集.2009.

[3] 天津海事局海测大队. 水下机器人(ROV)系统[J]. 中国海事， 2010(05): 26.

[4] 张进. 基于双频识别声纳DIDSON的鱼群定量评估技术[D]. 上海海洋大学, 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