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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 水庫(kù)大壩變形上下游激光自動(dòng)巡測(cè)技術(shù)研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 該課題研究了水庫(kù)大壩變形的自動(dòng)觀測(cè)技術(shù)，通過(guò)在大壩的上下游設(shè)立觀測(cè)基點(diǎn)，利用激光對(duì)大壩壩體表面變形進(jìn)行自動(dòng)巡回觀測(cè)，克服了傳統(tǒng)觀測(cè)和激光準(zhǔn)直線法的局限性，適合混凝土壩、土壩、曲線壩、直線壩、折線壩等不同壩型。
- 詳細(xì)介紹：
- 水庫(kù)大壩變形上下游激光自動(dòng)巡測(cè)模型設(shè)計(jì) 水庫(kù)大壩變形上下游激光自動(dòng)巡測(cè)總體構(gòu)想是：利用激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)水庫(kù)大壩表面變形進(jìn)行三維、自動(dòng)化、巡回觀測(cè)，進(jìn)而分析大壩垂直沉降、水平位移的變化，反映出大壩安全、穩(wěn)定狀態(tài)和潛在的安全隱患。 （1）利用激光發(fā)射器向大壩發(fā)射激光脈沖，并以激光發(fā)射器所在位置建立基點(diǎn)； （2）利用大壩壩體表面設(shè)置的數(shù)個(gè)觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)、將激光脈沖反射回來(lái)； （3）用激光接收器、接收反射回來(lái)的激光脈沖，用激光測(cè)距技術(shù)測(cè)出基點(diǎn)與標(biāo)點(diǎn)之間的距離； （4）根據(jù)激光發(fā)射器、接收器所處的高程，激光束與豎直方向的夾角以及垂直壩軸線方向的夾角，可以計(jì)算出觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)的高程，以及標(biāo)點(diǎn)與基點(diǎn)的方位，進(jìn)而確定觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于激光發(fā)射器基點(diǎn)的三維位置。如果觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)發(fā)生任何三維位置變化，則能測(cè)量計(jì)算出其變化量 （5）利用激光發(fā)射器和激光接收器底部的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置進(jìn)行往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而測(cè)得壩體表面n個(gè)觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)的三維位置； （6）將測(cè)得的壩面觀測(cè)點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器自動(dòng)輸入計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)和編制的程序，在計(jì)算機(jī)內(nèi)自動(dòng)生成壩體表面的三維網(wǎng)格圖，從而自動(dòng)觀測(cè)壩體表面的變形情況 （7）利用計(jì)算機(jī)建立觀測(cè)計(jì)算結(jié)果自動(dòng)記錄功能、變形提示功能和變形報(bào)警功能。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：水庫(kù)是調(diào)控水資源的主要工程措施,水庫(kù)大壩安全是水庫(kù)管理和運(yùn)用的最基本和最重要的前提。大壩觀測(cè)是監(jiān)視其安全與否的基本手段。由于傳統(tǒng)的水庫(kù)大壩變形觀測(cè)手段落后和激光技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。所以我試圖將激光技術(shù)應(yīng)用于水庫(kù)大壩變形觀測(cè)?；舅悸罚涸撜n題研究了水庫(kù)大壩變形的自動(dòng)觀測(cè)技術(shù)，通過(guò)在大壩的上下游設(shè)立觀測(cè)基點(diǎn)，利用激光對(duì)大壩壩體表面變形進(jìn)行自動(dòng)巡回觀測(cè)，克服了傳統(tǒng)觀測(cè)和激光準(zhǔn)直線法的局限性，適合混凝土壩、土壩、曲線壩、直線壩、折線壩等不同壩型。創(chuàng)新點(diǎn)：（1）觀測(cè)方式的創(chuàng)新。以前的觀測(cè)基本都是在壩軸線方向利用人為設(shè)置的基準(zhǔn)線，觀測(cè)壩頂標(biāo)點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)線的變化，判斷標(biāo)點(diǎn)的位移變化。而水庫(kù)大壩變形上下游激光自動(dòng)巡測(cè)技術(shù)則是在大壩上下游設(shè)置觀測(cè)站和基點(diǎn)，利用激光測(cè)距技術(shù)，測(cè)得標(biāo)點(diǎn)與基點(diǎn)的距離和相對(duì)角度，來(lái)得到同一標(biāo)點(diǎn)的三維變化。（2）觀測(cè)內(nèi)容的創(chuàng)新。以往的水庫(kù)大壩表面變形監(jiān)測(cè)，只是選擇幾個(gè)典型測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，而水庫(kù)大壩變形上下游激光自動(dòng)巡測(cè)技術(shù)則是在大壩上下游設(shè)置觀測(cè)站和基點(diǎn)，對(duì)大壩表面進(jìn)行全面觀測(cè)（水下部分的觀測(cè)還可以進(jìn)一步研究），并建立水庫(kù)大壩表面網(wǎng)格，使得大壩表面變形監(jiān)測(cè)更全面、更直觀。（3）控制手段的創(chuàng)新。采取計(jì)算機(jī)全自動(dòng)控制和自動(dòng)巡回觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大壩的變形進(jìn)行三維定量計(jì)算及分析對(duì)比。提高了工作效率，節(jié)省了人力、物力、財(cái)力，有利于整理、分析、存儲(chǔ)和查找。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 水庫(kù)大壩變形上下游激光自動(dòng)巡測(cè)技術(shù)可靠性理論分析（1）觀測(cè)精度分析激光在檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用很廣泛，技術(shù)含量很高，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)和生活的影響也很大。激光測(cè)距是激光最早的應(yīng)用之一。這是由于激光具有方向性強(qiáng)、亮度高、單色性好等許多優(yōu)點(diǎn)所決定的。平均實(shí)現(xiàn)了1mm的分辨率，并且能保證響應(yīng)速度?！锻潦瘔伟踩O(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（SL60－94）明確規(guī)定：水庫(kù)大壩表面縱向水平位移觀測(cè)，有條件時(shí)可用光電測(cè)距儀測(cè)量。因此其觀測(cè)精度是規(guī)范所認(rèn)可的。（2）觀測(cè)條件和環(huán)境分析傳統(tǒng)的水庫(kù)大壩變形觀測(cè)是在自然條件下進(jìn)行觀測(cè)，激光自動(dòng)觀測(cè)可以在大壩的上下游設(shè)置觀測(cè)站，將儀器設(shè)在室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)觀測(cè)，大大地改善了觀測(cè)條件。另外，激光自動(dòng)觀測(cè)對(duì)觀測(cè)距離要求、觀測(cè)溫度要求、觀測(cè)濕度要求、觀測(cè)時(shí)間要求都比傳統(tǒng)人工觀測(cè)具有優(yōu)點(diǎn)；抗降雨和異常天氣影響能力更強(qiáng)；觀測(cè)精度更高。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 在水利部淮河水利委員會(huì)《治淮》雜志2009年刊登?！吨位础穱?guó)際標(biāo)準(zhǔn)刊號(hào)：ISSN1001-9243，國(guó)內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)：CN34-1030/TV。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無(wú)
作品可展示的形式
- 圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 我國(guó)有水庫(kù)8.5萬(wàn)多座，80%以上是土壩，約40%是險(xiǎn)庫(kù)。工程一旦失事，對(duì)下游造成的損失越來(lái)越大；貫徹以人為本的思想，黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視水庫(kù)安全管理，將病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固作為重要的民生工程。水庫(kù)加固除險(xiǎn)后面臨著進(jìn)一步加強(qiáng)管理和安全監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。傳統(tǒng)的觀測(cè)方法一般是人工觀測(cè)，不適應(yīng)現(xiàn)代化管理的要求；激光準(zhǔn)直法自動(dòng)觀測(cè)一般設(shè)置在壩體廊道內(nèi)，對(duì)拱壩、連拱壩、土壩的觀測(cè)都不實(shí)用，而水庫(kù)大壩變形上下游激光自動(dòng)巡測(cè)技術(shù)則很好地解決了這一問(wèn)題。如果全國(guó)的水庫(kù)中有一半使用這一技術(shù)，全國(guó)就是4萬(wàn)多座水庫(kù)；有三分之一使用這一技術(shù)，全國(guó)就有2.8萬(wàn)多座水庫(kù)；因此該自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用前景十分廣泛，且迫切需要。三、經(jīng)濟(jì)效益分析隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化管理水平的提高，如果全國(guó)有三分之一水庫(kù)使用這一技術(shù)，就有2.8萬(wàn)多座水庫(kù)。每座水庫(kù)節(jié)約的人工費(fèi)108萬(wàn)元，全國(guó)就節(jié)約人工費(fèi)302億元; 每座水庫(kù)安裝2-4臺(tái)監(jiān)測(cè)儀, 市場(chǎng)利潤(rùn)平均按10萬(wàn)元, 全國(guó)就是280億元;以上總共可以產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益582億元。效益巨大。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 我國(guó)在水庫(kù)大壩變形觀測(cè)方面已有相關(guān)研究報(bào)道。但本課題的研究特點(diǎn)是：1、在水庫(kù)大壩上下游同時(shí)設(shè)置觀測(cè)站對(duì)水庫(kù)大壩表面變形進(jìn)行觀測(cè)；2、利用激光測(cè)距、測(cè)角的辦法對(duì)水庫(kù)大壩表面變形進(jìn)行自動(dòng)巡測(cè)；3、對(duì)水庫(kù)大壩變形進(jìn)行全表面觀測(cè)，并建立網(wǎng)格。
