水下无人机在寺坪水利水电枢纽工程中的应用

胡娟娟

湖北寺坪水电开发有限公司 441600 

摘要：水利水电枢纽工程建筑物中的大坝、溢洪道、进水口、泄洪闸、发电生产厂房、航道、鱼道工程中，需要进行日常监测、检查的部位相对较多，且多处于水平面以下，日常检查监测难度较大，水下无人机的出现，为水利水电工程管理单位在日常运行维护、检查消缺过程中起到了降低安全风险、减少检查成本、提高安全管理水平的作用，是水利水电工程中日常检查、监测的又一创新手段。

关键词：水下无人机 水利水电工程 监测 检查

引  言

目前，国内外均面临水利水电建设末尾期，高龄坝不断出现，新建坝相对减少。这些现有的水利工程，都需要进行水平面以下结构和设施检查。而水下无人机，这种与空中无人机一脉相承的新技术开始应用到了水利水电工程检查过程中，对于水下检查与监测等安全管理工作，有着得天独厚、无可替代的优势。

中国能建所属的湖北寺坪水电开发有限公司寺坪水利枢纽工程采用的无人机水下检查、监测方法在水利水电工程新技术应用中迈出了重要的一步。本文通过水下无人机在水利水电工程运行维护中的实际应用，通过对发电机转轮汽蚀检查、大坝混凝土裂缝、导流洞封堵后续监测等内容安全检查分析，为大坝、水利水电工程管理积累了宝贵的现场经验。

一、寺坪水利水电枢纽工程简介

中国能建湖北寺坪水电开发有限公司寺坪水电站位于汉江中上游支流南河上游粉青河上，坝址在湖北省保康县寺坪镇大畈村（肖家湾），距离寺坪镇约5km，距离河口102.4km。主要建筑物由混凝土面板堆石坝、溢洪道（右岸）、引水隧道、右岸地面厂房（引水式）、室外开关站等组成。其中大坝、溢洪道等按2级建筑物设计。电站进水塔、引水隧道、发电厂房及开关站等按三级建筑物设计。

二、水下无人机的实际应用

水下无人机主要检查、监测应用成果如下：

1.对主坝迎水面止水橡皮进行了检查，用时2.5天。其对水下止水橡皮、接缝、伸缩缝进行了全面检查，并留存了影像资料，用于下次检查时进行比对，未发现异常情况。此次检查在正常蓄水位进行，未降低水位，对比常规外聘潜水员检查节省工期约为6个工作日，节省费用6000元，且留存图像视频资料全面、无遗漏。

2.对溢洪道底坎、止水橡皮密封情况进行了检查。此次检查用时1天，发现一处止水橡皮损坏，计划在弧门检修时进行处理；此次检查对比常规检查节省工期约3个工作日，节省费用约3000元，且较人工检查更为全面。

3.在水位为312.52（黄海高程）时，利用正常停机时间，对进水口闸门底坎、引水隧道入口10米内进行了检查，留存了影像及图片资料。发现异物一处，暂不影响正常运行，计划待冬修时聘请潜水员进行处理。此次检查对比常规检查节省工期1个工作日，节省费用约1000元。

4.对尾水消力池底部、转轮底部叶片气蚀情况进行了例行检查。未有异常情况发生。此次检查用时1天，对比常规检查节省2个工作日，节省费用约2000元。

5.对溢洪道底部固定四面体进行了检查，连接钢索锈蚀在正常范围内，未有影响安全的位移现象发生。此次检查共用时两天，对比常规检查节省2个工作日，节约费用约2000元。

6.对导流洞封堵面进行了例行检查。未发现裂缝及其他危及安全的现象。此次检查用时0.5天，节省工期约0.5个工作日，节省费用约500元。

此上检查、监测均无降低水位、弃水现象发生，用时较短，劳动强度低，且相对安全。降低了检查费用，且不受外地潜水员时间限制，完全在可控时间内进行，既不影响生产，也无需报备（指降低水位，获得省调度中心批准），实现了检查周期、频次的可控性。在安全方面，实现了检查手段的相对安全，降低了检查安全风险，是利用新技术开展水利水电工程运行维护的一次有效尝试。

三、水下无人机特点及展望

通过我司实际运用，我们认识到，水下无人机是在检查、监测方面，优于潜水员，完全可以替代人眼，去水底、设备背面，完成我们不容易完成的检查任务。它以人的操控为主，避障排险为辅，主要有以下几个特点：

1.水下环境适应性强。水下无人机可以承受高水压、低温、大湍流等多种复杂的水下环境。在我们检查过程中，深层水温低未对其造成影响，溢洪道下游水质混浊亦未对其造成影响，偶尔的水流亦未对其造成影响。这种适应性强的特点，使得它在日后的发展中，具有更广泛的可扩展性，可以在更深的水域进行勘测，探索未知领域。

2.自主化程度高。水下无人机的自主化程度极高，其配备的计算机系统可以实现多种自主控制任务。其数据传输、自动定位、亏电返航等自动化功能无需人工干预，能实现自我调整，即完成了检查任务，也防止了检查设备的不可控、丢失等现象。通过内部传感器的掌握，，目前，我们只用到了它的基本功能，代替人眼，去观察我们看不到的位置。以后，还可开发、利用它进行多种复杂的任务，例如探测、采样等。

3.精度高、敏捷度高。水下无人机在进行任务时，能够根据传感器获得的信息，实现高精度的目标追踪和控制。同时，它的体积较小，移动速度也非常快，敏捷度非常高，可以在狭窄的空间内灵活控制。其拍摄的全景图像，为水利水电工程设施的日常不可见面正常展现在运维人员的视野里，为我们例行开展工作创造良好的条件，实现科技为生产服务。

四、水下无人机在水利水电工程应用中的优缺点

在水下无人机的应用过程中，我们也对其优缺点进行了分析、比对，其主要内容如下：

1.水下无人机优点。购置成本、使用成本较低。对比外聘潜水员，水下无人机一次性购置，目前基础使用版本、传输距离100米以内的的水下无人机均价在8000元左右，仅需充电即可开展工作，后续维护成本亦低于其他检查方式。水下无人机可以在低可见度水域、高危险环境和已被污染环境里，较长时间在水下开展相关监测、检查。其配置的水下照明系统、水下声音采集装置、水下摄像头、机械抓取装置，能传回实时视频、音频、图像、位置等相关基础资料，为我们生产运维提供第一手准确资料，扫清监测盲区。

2.水下无人机缺点。目前水下无人机基础版本为有线传输，在检查使用过程中，若遇见水下环境复杂，亦有缠绕、无法返回风险。另外由于水下无人机运行环境较为复杂，水下信号的噪点高，而目前的传感器有精度漂移、数据失稳的缺点，因此水下无人机在运动控制时，需要在滤波技术中更加优化，方能满足应用需要。现今，水下无人机运动控制普遍采用了短基线、长基线位置传感定位系统，速度传感器多为多普勒速度计，在水声定位系统精度上有待提高。影响因素主要体现在测量数据误差、声音速度误差、应答时间误差、位置间距的校准误差等方面。

另外，水下无人机还受控制人控制水平、动力续航能力、传输距离限制等方面的因素制约，还存在一定的短板。但相对于其他检查监测手段，此种应用在水利水电工程运行维护过程中，无疑是最好的选择。

五、结语

水下无人机是一种具有优异的性能和广泛的应用前景的新型机器人。通过水下无人机技术的使用，我们可以攻克工作中许多人工常规检测遇到的难题，例如常规检测中对人员和设备造成的危险因素、不适宜的环境和场合对人工测量造成的影响因素等。我们相信，随着不断更新的水下无人机技术，以及该技术的不断应用、不断发展，其将在更多领域开始普及应用，为人类的未来发展带来新的机遇和挑战。

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