三维成像声呐技术在古桥水下基础探查中的应用.pdf
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1、http:/20233 大坝与安全三维成像声呐技术在古桥水下基础探查中的应用黄世强1,余志淼2,吕 骥3,田 雨4,陈思宇5,李广场2(1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州,310014;2.浙江华东建设有限公司,浙江 杭州,310030;3.浙江华东测绘与工程安全技术有限公司,浙江 杭州,311122;4.上海遨拓深水装备技术开发有限公司,上海,200240;5.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司,云南 昆明,650041)摘 要:采用三维成像声呐技术对杭州拱宸桥水下基础进行检测,在低可见度河水中获得水下基础高分辨率三维全景图像,查明了水下基础的结构形式及存在病害,取得
2、了较好的应用效果,为管理养护和水下基础病害整治提供重要依据。关键词:拱宸桥;水下基础探查;三维成像声呐Title:Application of 3D imaging sonar technology in detecting the underwater foundation of ancientbridge/by HUANG Shiqiang,YU Zhimiao,LYU Ji,TIAN Yu,CHEN Siyu and LI Guangchang/PowerChina Huadong Engineering Co.,Ltd.Abstract:The underwater foundatio
3、n of Gongchen bridge is detected by 3D imaging sonar technology.High-resolution 3D panoramic images of the underwater foundation are obtained in the low-visibilityriver water.The structural forms and existing diseases of the underwater foundation of Gongchen bridgeare identified,and good application
4、 results are achieved,providing an important basis for bridge management and maintenance and the treatment of underwater foundation diseases.Key words:Gongchen bridge;underwater foundation detection;3D imaging sonar中图分类号:TV36文献标志码:B文章编号:1671-1092(2023)03-0053-030 引 言杭州拱宸桥始建于1631年,其水下基础结构形式一直不明,管养部门曾
5、多次派潜水员对水下基础进行探摸检查,但因河水可见度低,潜水员水下探摸检查无法窥其全貌。近年来,随着声呐和计算机技术的发展,以声波为载体的多波束测深、侧扫声呐、浅地层剖面和声呐成像等技术取得快速进展,在水下测绘、定位、遥感、导航、探测、检测及军事等方面得到日益广泛的应用。采用三维成像声呐技术对拱宸桥水下基础进行全方位扫描,首次获得了拱宸桥水下基础高分辨率三维全景图像,为管理养护和水下基础病害整治提供重要依据。1 三维成像声呐工作原理声呐是英文缩写“SONAR”的音译,全称为声音导航与测距(Sound Navigation and Ranging),是一种利用声波在水中的传播特性,通过电声转换和信
6、息处理,对水下目标进行探测、定位和通讯的电子设备。声呐分为主动声呐和被动声呐,主动声呐源于回声探测技术,通过发射声波并接收回波信号探测水深、冰山、暗礁、沉船、鱼群、潜艇、水底地形地貌及地层结构等,如单/多波束测深、侧扫声呐、前视声呐、三维声呐和地层剖面仪等;被动声呐则由水听器演化而来,通过监听目标体发出的声波或噪声,判断目标体的位置和特性,如用于反潜的拖曳阵声呐等。三维成像声呐是在水下发射高频声波束对目标体进行多方位扫描,声波遇到目标体时将产生反射波并被声呐系统接收,通过对反射波束的方向、声幅、频率、相位和旅行时间等进行分析计算,采用三维重建技术获得目标体轮廓的三维点云分布图,进而生成目标体的
7、高分辨率三维全景图像。三维黄世强,等:三维成像声呐技术在古桥水下基础探查中的应用53Dam and Safety 20233http:/成像声呐可在低照度或零可见度的水下环境中获得高分辨率的三维全景图像。2 拱宸桥水下基础探查2.1 三维成像声呐探查方法此次水下基础探查使用美国BlueView公司的BV5000-1350三维全景成像声呐系统,系统工作频率为1.35 MHz,最大扫描半径为30 m,最小分辨率为1.5 cm。根据拱宸桥水下基础的平面位置,在桥底布置9个扫描点,见图1。探查前,将扫描声呐头和集成的云台安装在三脚架上,由潜水员把三脚架放置在桥下预定位置,自动对扫描点周围半径30 m范
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