涉水工程水下结构检测现状分析及展望

涉水工程水下结构检测现状分析及展望

马庆滨

广州正和工程检测有限公司 510470

摘要：新时期，科学技术的不断发展和进步，更多新技术广泛的运用于桥梁、港口、航道等涉水工程中，促进了工程质量的提升，为社会经济发展起到重要的促进作用。但是工程发展过程中面临较大的安全隐患，尤其是在水下结构复杂的情况之下，更需要发挥相关检测技术的支持作用，保证工程良好有序的进行。基于此，文章对涉水工程水下结构检测现状与展望进行了分析，并对几种新技术进行了探究，旨在通过分析和探究能够为水下结构检测工作起到一定的参考作用

关键词：涉水工程；水下结构检测；现状；分析；展望

引言

科技的发展为水下资源的开发起到重要的技术支持，相关涉水工程在当前时代背景下，获得了飞速的发展和进步。发展过程中人们需清晰意识到涉水工程进行时可能面对的安全威胁。要对工程进行运行，要求其含有两个方面的内容，主要为水上结构和水下结构，水下结构包含着桩基、墩台等，主要是为了承载上部门的一些荷载，将其逐渐输送给地基地下。下部结构的重要性非常突出，会抵御水流泥沙长期的冲刷磨损等，可能遭遇过往船舶的撞击，无论是哪种影响因素，都可能会对造成不同程度的损伤，很多损伤受水下结构的隐蔽性的影响，有时很难及时发现，继而可能造成更为严重的危害，威胁整个涉水工程的安全运营。因此还需关注水下结构检测现状分析与展望工作。

一、水下结构检测现状及分析

现阶段，相较于水下结构检测，水上结构检测的设备更为先进、方法更加成熟，部分地区的水下结构检测方式依然比较落后，对于潜水员的依赖性比较大，仅仅凭借潜水人员的水下肉眼观察以及探摸，是具有较大局限性的。首先，这样可能导致作业效率比较低，未能对水下结构或是环境做出更为全面的检测；其次，对于潜水人员的专业性要求比较高，水下和水上易存在非常大的触觉与视觉误差，可能会影响检测结果的可靠性；最后，若是水下的水文条件复杂，还可能对潜水人员的生命安全造成威胁，因此该方式并不完全适用于所有的涉水工程，还需结合实际，不断做出改进。

为改善人工水下结构检测存在的局限性，更多类型的水下可视化检测设备得以研发和运用，像侧扫声呐、水下机器人（如下图1）、多波束测深系统和浅地层剖面仪等一些设备。并且这些技术设备的运用获得了一定成效，但具备一定局限性：首先，水下机器人在运用过程中，依靠光学成像获得探测结果，但是该设备仅在水质较好、流速慢的情况下才可以获得比较准确的检测结果；测扫声呐与多波束测深系统都是基于声学原理的检测技术，更多运用于大面积水下地形测绘，但是存在分辨率不高的问题，难以较好对水下结构中各项比较细致的构造做扫测呈现；浅地层剖面仪多用于水下地质调查，但是仪器设备的体积较大，运输和作业时都存在较大不便，会耗费一定人力物力，检测不够方便。结合上述现状，还需做好相关技术的研究，不断进行技术完善与展望，保证更多先进水下结构检测技术能较好应用实际检测工作中去。

图1 水下机器人图示

二、声纳技术研究现状

结合水下结构的检测现状，声纳技术在未来在水下检测工作中会有着广阔的应用前景，是技术重点的发展对象。依靠声波在水做观察和测量，优势较为明显。光波与电磁波在水中传播距离都比较短，受水体浑浊度的影响比较大。使得声波传播的速度逐渐缩小，尤其是在水中的时候，这时候要求使用不同的频率，来对声波进行分辨率和深度的实际检测，从而得到最终的数据指标。声纳技术自发展至今，有超过一世纪的时间了，最早的研究起源于英国，相关理论成果比较丰富，相关产品发展比较成熟。

现代技术逐渐发展，对声呐进行了划分，要是依据工作原理来进行的话，主要是有主动声纳与被动声纳两种。目前基本的声纳主要为主动声纳，主动声纳大概的程序主要为，其通过自身来对频次和方向的声波进行接收，还可以主动接收到回波的信息流，后期运用相应的技术对波速和波幅等进行实际的处置，从中提取信息进行判断的依据，最终确认目标远近和具体方向。这其中主要是以多波束探测系统、侧扫声纳、浅地层剖面仪等技术为主，目前是最先进的技术产品。

国外相关技术人员对于声纳技术的研究应对比国内，其技术更为先进，研究范围更广，理论基础和技术基础比较丰富，更多成品应用于实际工作中，而国内相关技术人员在该方面的研究更多的集中于应用软件和设备功能探索上，例如可通过两套声纳图像做信息融合，获得更高质量的水下地貌数据，并对声纳数据融合处理方法做详细的研究；还有引起三维成像声纳Blueview，将该技术应用到泵站、岸坡等工程中，能够获得更为清晰的结果，检测效率额更高。

三、三维成像声纳检测技术展望

三维成像声纳属于主动声呐，主要特点可以获得目标物X、Y、Z三个维度的空间坐标信息。结合扫测方式的差异，三维声纳主要有两类：首先，声纳自身发射一维线性波束，利用云台等设备的机械旋转合作用，变成二维面阵声波信号，依靠声学处理软件再转化成三维图像，像Blueview和Kongsberg三维声纳；声纳自身发射二维面阵的声波，直接获得二维序列声学图像，只有依靠数据处理合成，变成三维图像，像EchoScope三维声纳技术等（如下图2）。

图2 EchoScope三维声纳技术图示

三维成像声纳的功能同三维激光扫描仪较为相似，最终会生成同光学全息效果类似的水下目标物三维图像，该技术在能见度低、含沙量大、水下地形复杂的环境中可以顺利的进行作业，同时该设备尺寸不大、质量比较轻，可安装至各种无缆水下机器人上做水下作业额，比较适合去做水下结构隐患探测，但是剧透的应用还有待继续探究。

相较于传统基于声呐原理的探测系统，该技术优势明显，除了能够在比较差的环境中进行作业，还可以依靠软件处理获得带目标物的三维模型，无需借助GPS等设备，能够进行定位、导航、坐标输出，检测效率非常高。在高桩码头前沿冲淤、船闸水下结构和闸室淤积等情况中，都可以进行检测，依靠技术对水下环境进行扫描，结合扫描做出后续各项处理改进措施。

结语

综上所述，涉水工程水下结构检测对于整个工程来说具有非常重要的作用，现阶段存有的检测技术难以较好的满足工程实际需求，当前还需关注更多新技术的研发与引进，提高水下结构检测的技术优势，进一步提高水下结构的检测水平，为涉水工程稳定且高质量的进行起到良好的保障作用，促进行业领域的发展和进步。

参考文献：

[1]李斌,金利军,洪佳,何恺恺,陆小蕾.三维成像声纳技术在水下结构探测中的应用[J].水资源与水工程学报,2015(03):184-188+192.

[2]刘长波.涉水工程对河道行洪及冲淤叠加影响的初步研究[D].长江科学院,2010:82.

[3]彭奇奇.探讨涉水工程对水文测验的影响及应对措施[J].农业技术与装备,2020(05):90-91.