金劍

摘 要：為解決長江下游感潮河段漲落潮水位變化大、水流動力條件復雜、水下護底軟體排鋪設質量檢測難的問題。在長江南京以下12.5 m深水航道二期工程口岸直I標段中，應用并實施了實時聲吶檢測技術對水下護底軟體排檢測的方案，實施過程中控制了軟體排整體鋪設質量，滿足了工程需要。

關鍵詞：護底軟體排；實時聲吶；檢測

中圖分類號：U665.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）1-0055-02

長江南京以下12.5米深水航道二期工程位于長江下游南通天生港區(qū)至南京新生圩港區(qū)河段，全長約88km，由鰻魚沙河段和落成洲河段組成，本標段整治區(qū)域為鰻魚沙河段，主要施工內容包括：①護灘堤1道，長度為10.4km；②護灘帶11條，總長度為4.445km。本工程工期短，工程強度大，軟體排鋪設總工程量約246萬㎡。

1 護底軟體排技術方案的比選和研究內容

收集參考目前國內現(xiàn)有水下檢測方法，結合本工程實際，分析傳統(tǒng)的浮標倒垂法、潛水探摸法、旁掃聲吶法、實時聲吶法等4種護底軟體排檢測方案，比較分析了各種方法在護底軟體排檢測中操作方便性、經(jīng)濟合理性、精確程度等方面的優(yōu)劣程度，最終選定新型的檢測手段“實時聲吶”作為本工程的護底軟體排檢測方法。

2 實時聲吶的總體設計

2.1 硬件設計

2.1.1 總體設計

把沉排施工過程水下監(jiān)測系統(tǒng)分為水下檢測部分和水面工作站兩部分。二者實現(xiàn)雙向通訊。水下檢測部分主要裝置有：飛魚、側掃聲吶、回聲測深儀和電纜。

水面工作站主要裝置有：高精度RTK-GPS、相對位置傳感器和工作站。

2.1.2 水下檢測部分研制

（1）側掃聲吶。側掃聲吶是水下搜索、水下考察的重要有力工具，不會受水下能見度的影響，能迅速看清水底情況。側掃聲吶向水下發(fā)射信號，信號遇到物體反射回來形成影像。 系統(tǒng)采用美國雙頻側掃聲吶Klein3900。

（2）回聲測探儀及終端設計。水深遙測遙報終端由751w太陽能板、100Ah蓄電池、太陽能充電器、電源模塊、遙測遙報終端、水深測量終端、超聲波換能器等組成。

2.1.3 水面工作站研制

（1）高精度RTK-GPS定位系統(tǒng)。高精度的RTK-GPS定位技術就是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術，它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果，并達到厘米級精度。

（2）相對位置傳感器。在鋪排施工過程中，鋪排船的定位是根據(jù)船上兩臺RTK-GPS進行定位定向的，進行側掃控制時安裝GPS不是很方便。為此，我們根據(jù)側掃聲吶在鋪排船上的相對位置，然后根據(jù)船的定位信息，推算出側掃的實際坐標，通過對高精度RTK-GPS與相對位置傳感器的數(shù)據(jù)融合，側掃聲吶就能夠實現(xiàn)定位。

2.2 軟件設計

2.2.1 軟件需求分析

本系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡傳輸和解析水深、排邊坐標、聲納成像等數(shù)據(jù)，再把數(shù)據(jù)進行各種操作和處理，故本系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢。

2.2.2 軟件的功能和實現(xiàn)

本系統(tǒng)主要功能包括排體實時檢測、數(shù)據(jù)仿真、數(shù)據(jù)檢測回放、排體圖像查看、排體邊界識別和系統(tǒng)管理。

該管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：①排體及其搭接的成像實時顯示，搭接寬度數(shù)字化顯示，排邊坐標實時顯示。②正常鋪排成像控制。③搭接區(qū)域識別及數(shù)字化。④排體搭接小于最小搭接閾值和超過最大搭接閾值的報警提示。⑤鋪排船全球定位系統(tǒng)，側掃聲吶及搭接閾值的系統(tǒng)配置與修正。⑥排邊坐標及側掃聲吶成像的存儲。⑦側掃聲吶歷史成像數(shù)據(jù)播放，單張排體排邊坐標數(shù)據(jù)打印。

2.2.3 軟件詳細設計

（1）數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)設計。數(shù)據(jù)收集過程中要收集軟體排鋪設時的實時水深、排邊坐標和聲納數(shù)據(jù)，將收集的數(shù)據(jù)整合到同一軟件界面上，形成簡單化的可視界面，便于現(xiàn)場指導施工。

（2）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設計。數(shù)據(jù)采集完成后，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)文件以一定格式發(fā)送給發(fā)射模塊，當前無線網(wǎng)絡技術非常的成熟可靠，價格也不是很昂貴，傳輸相當?shù)目旖荨?/p>

（3）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設計。數(shù)據(jù)處理是沉排施工過程中能否得到準確數(shù)據(jù)的關鍵環(huán)節(jié)，系統(tǒng)將收集的數(shù)據(jù)處理后反饋形成可視化的水下沉排影像，從而及時指導鋪排施工。

2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)運行環(huán)境在PC機上安裝Windows 7系統(tǒng)和ACCESS數(shù)據(jù)庫，需要使用Intel 酷睿i5 及以上類似CPU處理器，內存2G以上，推薦使用獨立顯卡，要求500G以上的硬盤。

在Microsoft Visual C++ 6.0打開dsw工程文件，運行進入系統(tǒng)主界面。系統(tǒng)主界面的左邊是功能欄，功能欄分別由沉排檢測模塊、數(shù)據(jù)回放模塊、搭界分析模塊和系統(tǒng)管理模塊構成。

3 實時檢測技術實施方案

3.1 沉排實時檢測工作流程圖

3.2 實施聲吶操作要點

（1）安裝聲吶前，收集鋪排船鋪排方向、施工水域流速、施工水域水深、施工水域水的流向等相關信息，以便確定聲吶的安裝位置和聲吶調節(jié)指標。

（2）支架安裝完畢后，對支架必須進行檢查，支架或線纜不得干擾探頭的掃描過程，對所有安裝環(huán)節(jié)檢查確認無誤后，對聲吶進行檢查調試，保證聲吶工作處于正常狀態(tài)。

（3）鋪排過程中密切關注聲吶設備掃測情況，為鋪排施工提供監(jiān)控信息。根據(jù)水下的實際情況，及時修改聲吶各項采集參數(shù)，確保采集到高質量的檢測數(shù)據(jù)。

3.3 技術成果處理

實時聲吶在檢測過程嚴格遵守相關技術規(guī)范，做到有據(jù)可依，如發(fā)現(xiàn)軟體排鋪設過程中出現(xiàn)質量問題，系統(tǒng)將報警信息反饋給施工技術人員，施工人員根據(jù)數(shù)據(jù)信息及時調整鋪排船的位置，通過收放錨纜來調整排體位置，避免后續(xù)更大的質量問題。endprint

（1）資料記錄。掃描過程中應通過調節(jié)增益、掃描速度、掃描角度、掃描半徑得到清晰的掃描圖像，同時對同一點根據(jù)需要增加聲吶掃測次數(shù)，以獲取準確數(shù)據(jù)。嚴密監(jiān)視記錄圖像和各項采集參數(shù)，發(fā)現(xiàn)水底障礙物或特殊物件異常情況時，要及時記錄，以備對異常圖像進行解釋和準確度評估使用。記錄的數(shù)據(jù)應包括數(shù)據(jù)記錄的時間、施工水域的流速、施工水域的水深、檢測排體編號、檢測排體長寬、檢測排體所在里程號、檢測排體搭接寬度等信息，將這些信息分文件夾保存，為后期數(shù)據(jù)的篩選分析提供方便。

（2）軟體排鋪設情況判斷。應先根據(jù)聲吶原圖數(shù)據(jù)進行甄別，然后對數(shù)據(jù)進行處理，刪除數(shù)據(jù)假點后再進行搭接寬度的量取。①相鄰兩排體脫開。在上下排體之間會出現(xiàn)明顯的一條陰影區(qū)域，量取陰影區(qū)域寬度即得到排體脫開的寬度。②兩排體沒有脫開，排體有搭接，則可以通過兩種方式量取搭接寬度，分別為：直接法，確定上下排體的邊緣，直接量取兩排邊之間的距離，就是搭接寬度；間接法，確定上排體排邊，然后通過量取下排體較遠的邊到上排體排邊的距離，再用排布的總寬度減去這個距離，得到的即為搭接寬度。

（3）施工指導。圖像聲吶實時檢測能夠在鋪排施工的同時，在工人綁系砼塊的間隙，對排體的搭接情況進行實時檢測量測某斷面處的搭接寬度，反映鋪排的質量。每次使用圖像聲吶進行掃描后，將排體的搭接情況進行記錄的同時，將實際搭接寬度反饋給施工現(xiàn)場。當搭接寬度合格時，可以繼續(xù)沿之前的軌跡向后鋪排。根據(jù)該通條前面幾次的檢測結果，和聲吶圖像顯示的下排體排邊的軌跡，也可以判斷該通條施工過程中整體搭接情況的變化趨勢，以推斷后續(xù)可能出現(xiàn)情況，早作準備。

4 主要技術成果

實時聲吶檢測技術實現(xiàn)了護底軟體排搭接寬度的快速檢測，縮短了護底軟體排的鋪設周期，提高了護底軟體排的搭接精度，補排率降低到1%，保證了工程質量，提升了工程的經(jīng)濟效益。

5 結語

依托長江南京以下12.5 m深水航道二期工程口岸直水道I標段，研究建立的實時聲吶檢測技術在工程中的成功應用，有效滿足了工程質量、進度、安全等方面的要求，具有一定的經(jīng)濟效益和社會效益，具有一定的推廣價值。

參考文獻：

[1] 唐曉峰，付桂，李為華.高濁度河口復雜條件下護底軟體排檢測技術探討. 水運工程[J]， 2013（3）：81-85

[2] 張才俊，郭素明，李才俊. 水下軟體排鋪設質量檢測技術對比[J]，2016（2）：10-14endprint