水利水电工程智能巡检机器人技术与应用

本书作者基于水利水电枢纽泄洪消能建筑物检测的共性需求与特种机器人技术，围绕“水工混凝土缺陷智能采集与分析评价”开展技术创新。书中针对溢流坝、溢洪道、泄洪洞(引水隧洞)、消力池等典型场景，介绍在水体浑浊、附着淤积、密闭空间、弱光、无或弱GPS信号、局部可达困难等复杂环境下的机器人系留供能、远程控制、融合定位、协同作业、低时延通信、智能巡检、缺陷识别、安全评估等关键技术，以及坝面巡检无人机、隧洞巡检机器人、水下巡检机器人等典型工程应用。

目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 水利水电巡检机器人技术研究进展及趋势 4
1.2.1 水利水电枢纽高立面结构智能巡检研究进展 6
1.2.2 水利水电枢纽复杂水工隧洞智能巡检研究进展 7
1.2.3 水利水电枢纽水下建筑物智能巡检研究进展 8
1.2.4 水利水电智能巡检技术发展趋势 10
1.3 主要研究思路 11
参考文献 14
第2章 水下双模态智能巡检机器人技术 17
2.1 消力池、水垫塘的结构特点和检测需求 17
2.1.1 消力池的结构特点 17
2.1.2 水垫塘的结构特点 18
2.1.3 检测需求 20
2.2 水下双模态智能巡检机器人系统设计 20
2.3 水下双模态智能巡检机器人载体单元设计 22
2.3.1 浮游部分设计 22
2.3.2 爬行部分设计 25
2.4 水下双模态智能巡检机器人环境观测单元设计 31
2.4.1 清淤置换模块设计 31
2.4.2 清淤置换模块检测效率分析 33
2.4.3 点云采集模块设计 42
2.5 水下双模态智能巡检机器人控制单元设计 47
2.5.1 缆控部分设计 48
2.5.2 供电部分设计 49
2.5.3 定位部分设计 50
2.6 水下双模态智能巡检机器人通信网络技术 51
2.6.1 应用方案 51
2.6.2 5G通信组网 53
2.6.3 远程分析评估系统 54
参考文献 54
第3章 高水头溢流坝智能巡检机器人技术 56
3.1 高坝立面结构特点和巡检需求 56
3.1.1 溢流坝(溢洪道)的结构特点 56
3.1.2 巡检需求和重点 57
3.2 坝面无人机智能巡检系统和关键技术 58
3.2.1 坝面无人机智能巡检系统组成 58
3.2.2 坝面无人机结构与控制关键技术 59
3.2.3 复杂环境无人机融合定位方法 62
3.2.4 坝面无人机系留线缆供电与定位技术 64
参考文献 76
第4章 复杂隧洞智能巡检机器人技术 77
4.1 复杂过流水工隧洞结构特点和检测需求 77
4.2 引水隧洞主从式检测机器人结构设计 79
4.2.1 主机器人 79
4.2.2 从机器人 80
4.2.3 定位系统模块 81
4.2.4 缆线盘 85
4.3 引水隧洞主从式检测机器人系统研发 86
4.3.1 缺陷检测模块 86
4.3.2 机器人通信系统 87
4.3.3 电源模块 89
4.3.4 机器人控制系统 91
参考文献 97
第5章 水利水电工程结构损伤智能识别与量化技术 99
5.1 基于迁移学习的坝面表观缺陷智能检测方法 99
5.1.1 图像预处理 101
5.1.2 迁移学习模型 104
5.1.3 测试结果与分析 106
5.2 基于动态特征蒸馏的水工隧洞缺陷识别方法 107
5.2.1 引水隧洞缺陷特征 108
5.2.2 知识蒸馏模型构建 111
5.2.3 引水隧洞缺陷检测模型设计 113
5.2.4 测试结果与分析 119
5.3 基于多维度注意力机制的磨蚀露骨料识别方法 121
5.3.1 视觉注意力机理 122
5.3.2 多维度注意力门控模型 124
5.3.3 注意力的生成方法 125
5.3.4 多维度注意力机制的语义分割模型 127
5.3.5 测试结果与分析 128
参考文献 130
第6章 基于智能巡检数据的结构安全分析技术 133
6.1 消力池安全评价方法与决策分析研究 133
6.1.1 基于信息物元的消力池安全评价系统 133
6.1.2 消力池安全评价方法 135
6.2 引水隧洞结构安全评价 140
6.2.1 引水隧洞结构安全评价指标和等级 140
6.2.2 引水隧洞结构安全评价方法 143
参考文献 147
第7章 水利水电智能巡检机器人工程应用案例 150
7.1 嘉陵江某水利水电枢纽溢流坝面智能巡检与分析 150
7.1.1 嘉陵江某水利水电枢纽工程概况 150
7.1.2 巡检方案与流程 151
7.1.3 巡检数据分析与评价 152
7.2 金沙江某拱坝高边坡智能巡检与分析 156
7.2.1 金沙江某拱坝高边坡工程概况 156
7.2.2 巡检方案与流程 158
7.2.3 巡检数据分析与评价 160
7.3 大渡河某水电站引水隧洞智能巡检与分析 165
7.3.1 大渡河某水电站引水隧洞工程概况 165
7.3.2 巡检方案与流程 166
7.3.3 巡检数据分析与评价 167
7.4 嘉陵江某水利水电枢纽消力池智能巡检与分析 179
7.4.1 嘉陵江某水利水电枢纽消力池工程概况 179
7.4.2 消力池水动力特性模拟 179
7.4.3 巡检方案与流程 183
7.4.4 巡检数据分析与评价 184
7.5 金沙江某特大型水垫塘智能巡检与分析 192
7.5.1 金沙江某特大型水垫塘工程概况 192
7.5.2 巡检方案与流程 193
7.5.3 巡检数据分析与评价 193
参考文献 200