無人機(jī)與無人船在船閘立體巡檢中的協(xié)同應(yīng)用

朱鵬瑞,韓 陽*,劉紅彪,齊方利,張路剛,譚林懷,聶智超

(1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所 水工構(gòu)造物檢測、診斷與加固技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300456;2.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司海洋石油船舶中心,龍口 265700)

隨著我國交通運(yùn)輸發(fā)展和加快建設(shè)交通強(qiáng)國的推動(dòng)實(shí)施,水運(yùn)作為交通運(yùn)輸?shù)慕M成部分,其基礎(chǔ)設(shè)施安全與可靠的重要性愈發(fā)明顯,但水運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施健康監(jiān)測與安全保障方面仍存在結(jié)構(gòu)安全性與耐久性問題突出、運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)監(jiān)管能力弱、信息化服務(wù)水平低等問題[1-2]。因此,《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》明確提出：“持續(xù)加大基礎(chǔ)設(shè)施安全防護(hù)投入,提升關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施安全防護(hù)能力。強(qiáng)化交通基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù),加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行監(jiān)測檢測,提高養(yǎng)護(hù)專業(yè)化、信息化水平,增強(qiáng)設(shè)施的耐久性和可靠性”。

水工建筑物檢測目前以常規(guī)檢測為主,巡檢方式效率較低且結(jié)果粗放,巡檢過程中存在一定的安全隱患和盲區(qū)。隨著科技發(fā)展,近年來各種先進(jìn)的設(shè)備與技術(shù)如無人機(jī)、水下機(jī)器人、多波束測深系統(tǒng)、聲吶系統(tǒng)等逐步應(yīng)用于水運(yùn)結(jié)構(gòu)檢測,大大提高了檢測的效率與精度[3-7]。胡健波等[8]首次嘗試將無人機(jī)應(yīng)用于防波堤巡檢,形成“室外航拍,室內(nèi)檢測”的新巡檢工作模式,提升了檢測水平。LIU等[9]利用無人機(jī)采集高分辨率圖像和多光譜數(shù)據(jù)作為判斷水壩結(jié)構(gòu)健康狀況的依據(jù),擴(kuò)展了在水壩結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用。無人船多波束系統(tǒng)測量與無人機(jī)機(jī)載激光雷達(dá)測量的原理基本一致,通常稱為“水下激光雷達(dá)”。李慶松[10]探討了無人機(jī)搭載激光雷達(dá)和無人船搭載多波束系統(tǒng)進(jìn)行有效結(jié)合的技術(shù)方法,促進(jìn)了水陸三維數(shù)據(jù)無縫銜接技術(shù)的發(fā)展,國內(nèi)已有一些工程利用無人機(jī)機(jī)載激光雷達(dá)與無人船多波束系統(tǒng)聯(lián)合進(jìn)行河道測量,取得了較好的效果。

1 工程背景

姚江船閘建成于1999年,設(shè)計(jì)通航能力300 t級(jí),是船舶通過京杭甬大運(yùn)河全線的必經(jīng)之地,按照300 t級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),航道等級(jí)為內(nèi)河五級(jí)航道,共計(jì)長1 750 m。船閘及航道設(shè)計(jì)水深為2.5 m。閘室尺寸為160 m×12 m×2.5 m。上游引航道長430 m,下游引航道長300 m,設(shè)計(jì)年過閘貨運(yùn)量588萬t。為充分了解船閘結(jié)構(gòu)設(shè)施的技術(shù)狀態(tài),需要進(jìn)行一次全面的檢測,從而為船閘水工結(jié)構(gòu)設(shè)施的規(guī)范管理、維護(hù)提供技術(shù)支撐。

2 船閘閘室質(zhì)量檢測

2.1 水上構(gòu)件觀感質(zhì)量檢查

根據(jù)JTS 257—2008《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》,船閘的觀感質(zhì)量檢查(包括裂縫檢測)主要是對(duì)船閘的外露構(gòu)件或部位表面進(jìn)行全面的近距離檢查,包括船閘的表觀病害、分閘墩、閘墻、地面、導(dǎo)航、靠船構(gòu)筑物及附屬設(shè)施等。觀感質(zhì)量檢查是以人工目測觀察并進(jìn)行儀器觀測,對(duì)混凝土構(gòu)件表面存在缺陷(包括蜂窩麻面、裂縫、露筋、混凝土剝離剝落等)、破損及老化、腐蝕等現(xiàn)象的構(gòu)件重點(diǎn)進(jìn)行描述并統(tǒng)計(jì),用卷尺測量缺陷尺寸,用裂縫寬度觀測儀測量裂縫寬度,記錄缺陷位置,如裂縫寬度、長度、走向及腐蝕面積等。在需要時(shí)可作為長期跟蹤觀測點(diǎn),以觀測缺陷部位的發(fā)展變化。除常規(guī)照片外,還需對(duì)每個(gè)構(gòu)件部位處的缺陷進(jìn)行拍照存檔。

經(jīng)檢查,由于姚江船閘已使用超過20 a,且使用較為頻繁,混凝土結(jié)構(gòu)難免會(huì)產(chǎn)生混凝土碳化、鋼筋銹蝕等劣化現(xiàn)象。在長期使用過程中,過往船只難免會(huì)與閘室壁發(fā)生碰撞、摩擦,導(dǎo)致船閘閘壁混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較多破損,破損型式主要為混凝土普遍麻面露石、混凝土裂縫(部分已修復(fù))、混凝土露筋銹蝕及混凝土破碎脫落,其閘室現(xiàn)狀見圖1。

圖1 姚江船閘閘室現(xiàn)狀Fig.1 Present situation of Yaojiang lock chamber

2.2 水下構(gòu)件觀感質(zhì)量檢查

對(duì)船閘閘室、引航道及墩臺(tái)等水下部分構(gòu)件及基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行水下探摸檢查,確定是否存在破損、變形或者沖刷、淘空等情況,重點(diǎn)檢查船閘伸縮縫及結(jié)構(gòu)連接處的情況,對(duì)存在的缺陷部位采取丈量、拍攝等方法直觀記錄水下缺陷情況,對(duì)發(fā)現(xiàn)的可疑部位需做進(jìn)一步核查。

根據(jù)水下機(jī)器人檢查結(jié)果(圖2),閘室墻體整體情況基本正常,大部分表面為沖刷麻面,但未發(fā)現(xiàn)大面積的破損、剝落、露筋等缺陷。墻體與止水鋼板結(jié)合部、墻體與護(hù)坦結(jié)合部正常、伸縮縫正常,未發(fā)現(xiàn)明顯破損、掏空等缺陷。河床局部區(qū)域輕度淤積,根據(jù)水下機(jī)器人滑動(dòng)痕跡,推斷淤積深度小于0.1 m。

2-a 閘墻麻面 2-b 墻體與護(hù)坦結(jié)合部正常 2-c 河床輕度淤積圖2 船閘水下構(gòu)件現(xiàn)狀Fig.2 Current situation of underwater components of ship lock

3 船閘立體巡檢技術(shù)

3.1 無人機(jī)機(jī)載激光雷達(dá)和無人船多波束系統(tǒng)協(xié)同作業(yè)

無人機(jī)機(jī)載高分辨率相機(jī)從不同角度獲取具有一定重疊的影像數(shù)據(jù),通過多視影像密集匹配算法恢復(fù)各影像在空間的位置姿態(tài),實(shí)現(xiàn)二維影像數(shù)據(jù)到三維空間的映射,即實(shí)現(xiàn)高清三維傾斜攝影技術(shù)。機(jī)載LiDAR系統(tǒng)將激光雷達(dá)對(duì)地物進(jìn)行長距離、大面積掃描,可直接獲取水工建筑物的空間信息,能夠?yàn)辄c(diǎn)云建模提供高效、準(zhǔn)確的三維數(shù)據(jù)。無人船系統(tǒng)將GPS定位、自動(dòng)避障、實(shí)時(shí)通訊、多波束測深等技術(shù)有效地結(jié)合起來,能在各種復(fù)雜的環(huán)境中穩(wěn)定測量建筑物水下部分與水下地形等信息。如圖3所示,將無人機(jī)技術(shù)與無人船技術(shù)協(xié)同應(yīng)用起來,無人機(jī)技術(shù)在對(duì)人員難以到達(dá)或大面積的水工建筑物水上部分可實(shí)現(xiàn)全天候高效率的三維實(shí)景建模,無人船技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)水工建筑物水下隱蔽部分與地形從大尺度到細(xì)尺度的全方位、多層次的覆蓋,建立水工建筑物的三維立體模型,形成一套水工建筑物立體智能巡檢技術(shù)。對(duì)于該船閘檢測,僅采用水下機(jī)器人的視頻檢查很難對(duì)閘墻水下部分進(jìn)行精確地量化,因此擬利用無人機(jī)搭載激光雷達(dá)和無人船搭載多波束系統(tǒng)協(xié)同作業(yè)開展立體巡檢,并提取高精度斷面數(shù)據(jù),通過與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)比較即可分析閘室斷面變化情況。

圖3 立體巡檢示意Fig.3 Stereoscopic inspection instructions

作為空間三維數(shù)據(jù)的展示,點(diǎn)云數(shù)據(jù)具有曲面模型所不具備的特征展示等優(yōu)勢,將無人機(jī)航測點(diǎn)云、多波束點(diǎn)云等海量數(shù)據(jù)集成轉(zhuǎn)化在一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)中,建立船閘的三維點(diǎn)云模型,提供多角度、全方位的展示。

水上與水下點(diǎn)云數(shù)據(jù)融合方法主要包括自動(dòng)拼接與手動(dòng)拼接兩種,自動(dòng)拼接方法為架設(shè)同一基站,基站同時(shí)開啟靜態(tài)記錄和動(dòng)態(tài)差分模式,靜態(tài)數(shù)據(jù)采集可供無人機(jī)機(jī)載激光雷達(dá)和無人船多波束系統(tǒng) GNSS 定位同時(shí)使用,動(dòng)態(tài) RTK也同步作為無人船 GNSS的定位使用。無人機(jī)和無人船進(jìn)行半自動(dòng)化或全自動(dòng)化作業(yè),兩套系統(tǒng)共用同一基站,實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云的自動(dòng)拼接[1]。但由于光照、掃描角度、環(huán)境等不可控的原因,軟件的自動(dòng)拼接并不一定都能成功,因此常常采用手動(dòng)拼接模式,在軟件中人工手動(dòng)識(shí)別特征作為控制條件實(shí)現(xiàn)拼接操作,手動(dòng)拼接分為特征點(diǎn)拼接、靶球拼接、標(biāo)靶紙拼接和平面拼接等,本次采用點(diǎn)云特征點(diǎn)拼接。點(diǎn)云特征點(diǎn)應(yīng)選擇交角良好的細(xì)小線狀地物的交點(diǎn)、明顯的物拐角點(diǎn)等,同時(shí)應(yīng)是高程變化較小的地方,易于準(zhǔn)確定位和量測。立體巡檢獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是面測量方式,可對(duì)船閘的斷面變化進(jìn)行整體分析,同時(shí)定期立體巡檢可觀測結(jié)構(gòu)體的連續(xù)變化。

根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況,采用大疆M600Pro無人機(jī)搭載AA450激光雷達(dá)測量系統(tǒng)進(jìn)行航拍。其航拍飛行速度4 m/s,飛行高度80 m,點(diǎn)云密度大于90 pts/m2,平面精度為1 cm,高程精度為2 cm,測距范圍為0.3～119 m。無人船為華微6號(hào)無人船,其標(biāo)準(zhǔn)搭載Norbit多波束測深系統(tǒng),測深范圍為0.15～300 m,測深精度為±1 cm+0.1%h(h為水深),集成搭載iLidar三維激光掃描儀以完成水上水下一體化三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集。

3.2 船閘三維精細(xì)模型構(gòu)建

船閘三維復(fù)合模型主要由水上無人機(jī)激光雷達(dá)掃測點(diǎn)云和水下多波束水深測量點(diǎn)云兩方面的數(shù)據(jù)融合去噪而成,三維復(fù)合模型能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)船閘結(jié)構(gòu)測量的全方位覆蓋。通過專業(yè)軟件QTReader,可以準(zhǔn)確得到船閘各構(gòu)件的具體坐標(biāo)和水下地形地貌等數(shù)據(jù),有利于后期進(jìn)行周期性的觀測與分析。融合后的三維las點(diǎn)云模型如圖4所示,進(jìn)行渲染后效果如圖5所示。

輿論監(jiān)督是公民行使監(jiān)督權(quán)的一種重要形式。在轉(zhuǎn)型期的中國,各種社會(huì)矛盾突出,加之互聯(lián)網(wǎng)的推動(dòng)，社會(huì)輿論如沉默多年的火山突然找到了出口，呈井噴式樣態(tài)迸發(fā)。而其道德至上、聯(lián)合表達(dá)和易引起轟動(dòng)效應(yīng)的特征又容易對(duì)被控訴對(duì)象形成強(qiáng)大的輿論壓力，迫使其主動(dòng)讓步。因此輿論監(jiān)督的有效實(shí)現(xiàn)是保護(hù)兒童健康權(quán)等弱勢群體合法權(quán)利的重要手段。

圖4 水上與水下數(shù)據(jù)融合后的三維las點(diǎn)云模型Fig.4 3D las point cloud model based on water and underwater data fusion

圖5 船閘三維點(diǎn)云渲染圖Fig.5 Ship lock 3D point cloud rendering map

3.3 現(xiàn)狀斷面與設(shè)計(jì)斷面對(duì)比

根據(jù)點(diǎn)云的高程屬性,與原設(shè)計(jì)斷面對(duì)比,胸墻頂面高程沉降為0.13～0.26 m,護(hù)坦沉降為0.19～0.27 m。為了校驗(yàn)無人機(jī)內(nèi)置GPS的誤差,利用全站儀和電子水準(zhǔn)儀對(duì)該船閘進(jìn)行測量,經(jīng)過數(shù)據(jù)對(duì)比,水平位移測量誤差在10 mm以內(nèi),垂直位移測量誤差在5 mm以內(nèi),測量誤差滿足精度要求。

為了更加直觀地觀察斷面的變化,提取閘室斷面,主要步驟如下：

(1)點(diǎn)云精簡。由于三維點(diǎn)云模型數(shù)據(jù)量巨大,必須進(jìn)行一定的抽稀處理,簡化后的數(shù)據(jù)既保留了三維模型的有效信息,可以大大降低其數(shù)量,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的高效處理[11]。在QTReader軟件選中“Merge duplicated points”,輸入“Tolerance”值(>0),指定容差范圍內(nèi)的點(diǎn)將被合并為一個(gè)點(diǎn),本次“Tolerance”值選擇為0.01 m;(2)點(diǎn)云分割。目的是分段或者分結(jié)構(gòu)提取點(diǎn)云模型,突出分析的重點(diǎn),進(jìn)行單獨(dú)處理,可根據(jù)實(shí)際需要決定是否進(jìn)行點(diǎn)云分割。通過裁剪框命令,框選需要?jiǎng)h除的點(diǎn)云,僅保留目標(biāo)區(qū)域的點(diǎn)云。本次主要保留了閘室的點(diǎn)云復(fù)合模型,并轉(zhuǎn)換為XYZ格式;(3)提取斷面輪廓線。將點(diǎn)云復(fù)合模型XYZ格式導(dǎo)入Hypack Max軟件,利用“Tin Model”生成斷面輪廓線,此次斷面輪廓線的間距為0.05 m。

以胸墻拐角為重合控制點(diǎn),將斷面現(xiàn)狀與原設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行復(fù)合對(duì)比,比較各個(gè)斷面中胸墻高程、閘墻垂直度、墻體與護(hù)坦結(jié)合部、護(hù)坦高程等變化情況。以上閘首某一斷面為例,比較現(xiàn)狀斷面與原設(shè)計(jì)斷面,可見二者斷面吻合度較高,閘墻斷面垂直度基本一致,墻體與護(hù)坦結(jié)合部略高于原設(shè)計(jì),護(hù)坦高程低于原設(shè)計(jì)0.18～0.25 m ,如圖6所示。

圖6 現(xiàn)狀斷面與原設(shè)計(jì)斷面復(fù)合對(duì)比(高度：m,平面：mm)Fig.6 Composite comparison between current section and original design section

4 現(xiàn)有狀態(tài)下的閘首穩(wěn)定性分析

4.1 幾何模型建立

由于閘首結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定程度的改變,為了精確評(píng)估現(xiàn)狀的穩(wěn)定性,需要將實(shí)測斷面導(dǎo)入有限元軟件進(jìn)行精確分析。在CAD圖形中,斷面輪廓線周圍建立尺寸邊界和材料邊界,并進(jìn)行分組編號(hào)(如邊墩、地基土、墻后回填土等)。為降低邊界效應(yīng)對(duì)分析區(qū)域的影響,底板寬度B=24.2 m,地基水平工作范圍L取3B,即為72.6 m,地基深度H取1.25B,即為30.3 m。線條與線條只能相交于兩端,不能有線條端點(diǎn)在其他線條中間。并將整個(gè)圖形移動(dòng)到坐標(biāo)原點(diǎn)。將完成后的CAD圖線保存成sat格式文件,導(dǎo)入有限元軟件ABAQUS,然后劃分網(wǎng)格[12-14]。地基的不同土層按密度、粘聚力、內(nèi)摩擦角等參數(shù)按已知地質(zhì)勘探成果表取值。

邊墩與底板都是大體積混凝土,在建模過程中,真實(shí)模擬邊墩、底板、回填土和地基土之間的相互作用,為減少銳化網(wǎng)格的出現(xiàn),建模過程中消除了部分尖角,使計(jì)算更加接近實(shí)際。模型網(wǎng)格采用線性六面體Hex單元,單元形狀控制采用非協(xié)調(diào)模式單元(Incompatible models),即為C3D8IH單元,采用這種線性單元的計(jì)算時(shí)間可以得到與二次單元相當(dāng)?shù)挠?jì)算精度[15]。本模型中共有40 494個(gè)單元、34 596個(gè)節(jié)點(diǎn)。閘首結(jié)構(gòu)計(jì)算網(wǎng)格如圖7所示。

圖7 模型構(gòu)建與網(wǎng)格劃分Fig.7 Model construction and grid division

如果建立的模型過于復(fù)雜,導(dǎo)入ABAQUS 時(shí)可能出現(xiàn)“支離破碎”的現(xiàn)象,此種情況可以通過第三方軟件Hypermesh分出高質(zhì)量的網(wǎng)格并導(dǎo)出為inp格式,然后直接導(dǎo)入ABAQUS[16]。

4.2 加載及效應(yīng)組合

低水位最不利的水位組合為閘室內(nèi)低水位而墻后可能出現(xiàn)最高水位(排水管水位)。作用在船閘的荷載包括自重、設(shè)備重、靜水壓力、揚(yáng)壓力、土壓力、活荷載。這種計(jì)算情況的特點(diǎn)是指向閘室方向的水平力較大,滲透水頭也較大。檢修期閘室內(nèi)水完全抽干,墻后水位在排水管水位,此時(shí)指向閘室方向的水平力最大。因此本次計(jì)算主要考慮檢修工況與低水位工況。

根據(jù)JTJ307—2001《船閘水工設(shè)計(jì)規(guī)范》,有限元計(jì)算中包括以下荷載：(1)自重G。根據(jù)材料容重由有限元程序ABAQUS自動(dòng)計(jì)算,自重為464.0 kN。(2)回填土壓力。根據(jù)回填土材料容重由有限元程序ABAQUS自動(dòng)計(jì)算,墻后土體水平方向土壓力見表1,土體豎直向土壓力強(qiáng)度計(jì)算見表2所示;(3)水壓力。作用于建筑物表面的靜水壓力,應(yīng)根據(jù)不同的水位組合情況進(jìn)行計(jì)算;(4)水重。閘首底板上水的重力,通過計(jì)算將其換算成平面上的水壓力加載在底板上表面;(5)揚(yáng)壓力。包括滲透壓力和浮托力;土基上的滲透壓力計(jì)算,基礎(chǔ)地面高水側(cè)取全水頭H,低水頭一側(cè)取零,其間根據(jù)滲透輪廓按直線或折線相連,檢修和正常運(yùn)用工況時(shí)需考慮水壓力和揚(yáng)壓力的作用,根據(jù)不同工況閘門前后水位不同,需對(duì)閘門上的單元施加不同的水壓力。閘首底板上揚(yáng)壓力包括浮托力和滲透力,隨著上下游水位的變化而變化,在ABAQUS中使用梯度荷載完成揚(yáng)壓力和水壓力的加載;(6)閘門推力。閘門上的水壓力通過閘門作用在邊墩上,并最終通過邊墩作用在整個(gè)結(jié)構(gòu)物上。

表1 水平土壓力計(jì)算結(jié)果Tab.1 Calculation results of horizontal earth pressure

表2 豎向土壓力計(jì)算結(jié)果Tab.2 Calculation results of vertical earth pressure

4.3 結(jié)果分析

(1)檢修工況。檢修期閘首最大主應(yīng)力變化云圖如圖8所示。檢修工況下,閘首內(nèi)部沒有水壓力作用,且閘門上下游均無水,墻后填土達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高,墻后水壓力高度為排水管高度,閘首結(jié)構(gòu)受力主要為結(jié)構(gòu)自重及回填土壓力。閘首結(jié)構(gòu)受力大部分為壓應(yīng)力,由于左右閘墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有所差異,左側(cè)墻背豎直,而右側(cè)墻背稍微傾斜,回填土對(duì)左側(cè)邊墩的受力明顯更大;與左側(cè)相同,右側(cè)閘墻與后踵的連接段仍出現(xiàn)一定的應(yīng)力集中效應(yīng),應(yīng)力最大值為1.039 MPa。但集中程度不高,影響范圍不大。調(diào)用ABAQUS數(shù)據(jù),分別驗(yàn)算抗浮穩(wěn)定性、抗滑穩(wěn)定性與抗傾穩(wěn)定性。

圖8 檢修工況下模型整體Mises應(yīng)力云圖(單位：Pa)Fig.8 The overall Mises stress nephogram of the model under maintenance conditions

式中：V為向下的垂直力之和;U為揚(yáng)壓力總和。

抗滑穩(wěn)定性安全系數(shù)：kc=(f×ΣV)÷ΣH=(0.45×486.49)÷183.34=1.44>1.2,大于規(guī)范要求。

式中：f為分項(xiàng)系數(shù);ΣV為豎向合力;ΣH為水平合力。

式中：f為分項(xiàng)系數(shù);Mr為穩(wěn)定彎矩;Mo為傾覆彎矩。

經(jīng)過驗(yàn)算,閘首的抗浮穩(wěn)定性、抗滑穩(wěn)定性與抗傾穩(wěn)定性安全系數(shù)均大于規(guī)范要求,因此檢修工況下閘首處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)低水位工況。低水位期閘首最大主應(yīng)力變化云圖如圖9所示,閘首低水位工況下,閘首內(nèi)部受到水壓力作用,墻內(nèi)受到側(cè)向的水壓力作用,閘底板存在豎向水壓力,墻后填土達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高,閘首結(jié)構(gòu)受力主要為結(jié)構(gòu)自重及回填土壓力。與檢修工況類似,閘首結(jié)構(gòu)受力大部分為壓應(yīng)力,由于左右閘墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有所差異,左側(cè)墻背豎直,而右側(cè)墻背稍微傾斜,回填土對(duì)左側(cè)邊墩的受力明顯更大;右側(cè)閘墻與后踵的連接段仍出現(xiàn)一定的應(yīng)力集中效應(yīng),應(yīng)力最大值為1.273 MPa。但集中程度不高,影響范圍不大。調(diào)用ABAQUS數(shù)據(jù),分別驗(yàn)算抗浮穩(wěn)定性、抗滑穩(wěn)定性與抗傾穩(wěn)定性。抗浮穩(wěn)定性安全系數(shù)為2.22,抗滑穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.36,抗傾穩(wěn)定性安全系數(shù)為2.02,均大于規(guī)范要求,因此低水位工況下閘首處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖9 低水位工況下模型整體Mises應(yīng)力云圖(單位：Pa)Fig.9 The overall Mises stress nephogram of the model under low water level conditions

5 結(jié)論

(1) 船閘無人機(jī)與無人船立體巡檢能夠最大程度的還原船閘現(xiàn)狀,通過與設(shè)計(jì)斷面的復(fù)合比對(duì),能夠詳細(xì)掌握胸墻高程、閘墻垂直度、墻體與護(hù)坦結(jié)合部、護(hù)坦高程等變化情況,提高船閘的檢測水平;(2) 立體巡檢建立的閘室三維點(diǎn)云復(fù)合模型導(dǎo)入有限元軟件計(jì)算相較于常規(guī)測量建立的模型穩(wěn)定性計(jì)算更加真實(shí)可靠,大大提高了船閘評(píng)估水平;(3) 立體巡檢獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是面測量方式,可對(duì)閘室的斷面變化進(jìn)行精細(xì)分析。如何將航拍點(diǎn)云、多波束點(diǎn)云、聲吶側(cè)掃數(shù)據(jù)與光學(xué)成像等數(shù)據(jù)融合并集成于一個(gè)統(tǒng)一的智能巡檢系統(tǒng)中,提供三維實(shí)景、多角度、全方位的展示,同時(shí)觀測結(jié)構(gòu)體的連續(xù)變化,將是今后的發(fā)展趨勢。