本技術(shù)涉及水下輸水管道滲漏監(jiān)測(cè)，特別是涉及一種無人機(jī)偽隨機(jī)電磁水下管道滲漏檢測(cè)方法與裝置。

背景技術(shù)：

1、水下輸水管道滲漏檢測(cè)方法種類繁多，包括人工巡查、硬件法監(jiān)測(cè)（如電學(xué)、聲學(xué)、氣體檢測(cè)、壓力監(jiān)測(cè)器等）、分布式光纖傳感技術(shù)（distributed?fiber?optic?sensing,dfos）、遠(yuǎn)紅外熱成像檢測(cè)法、音聽監(jiān)測(cè)、相關(guān)性分析檢測(cè)、示蹤氣體檢測(cè)法、閉路電視管道內(nèi)窺檢測(cè)法（cctv），以及探地雷達(dá)（ground?penetrating?radar,?gpr）法等。這些方法各自具備不同的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中，往往受制于地形條件、管道埋深和環(huán)境干擾，因而存在一定的局限性。

2、目前，輸水管道的滲漏問題已成為國(guó)內(nèi)輸水管道公司普遍虧損的重要原因之一。尤其是在水下輸水管道的檢測(cè)中，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法難以取得理想效果，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）無法精確定位滲漏位置與提供滲漏范圍信息：現(xiàn)有技術(shù)在復(fù)雜的水下環(huán)境中，難以獲取準(zhǔn)確的滲漏點(diǎn)和滲漏范圍，常常導(dǎo)致漏檢或誤檢。（2）管道處于水下地層，施工難度大，成本高：水下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，需使用潛水設(shè)備或?qū)ｉT的水下施工工具，顯著提高了施工難度和維修成本。（3）施工效率低，滲漏進(jìn)一步發(fā)育：由于水下管道施工和檢測(cè)速度慢，管道滲漏問題常常在檢測(cè)和修復(fù)之間進(jìn)一步惡化，擴(kuò)大了管道損傷的范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對(duì)上述技術(shù)問題，提供一種無人機(jī)偽隨機(jī)電磁水下管道滲漏檢測(cè)方法與裝置。該方法通過主機(jī)發(fā)射多序列可變頻率密度的偽隨機(jī)電磁信號(hào)，由無人機(jī)搭載信號(hào)接收器在近水面區(qū)域進(jìn)行信號(hào)測(cè)量與反饋。其工作原理是利用滲漏區(qū)域與正常區(qū)域的磁場(chǎng)響應(yīng)差異，通過磁場(chǎng)的變化來識(shí)別管道滲漏位置和范圍。

2、一種無人機(jī)偽隨機(jī)電磁水下管道滲漏檢測(cè)方法，該方法包括：

3、在待檢測(cè)水下輸水管道的進(jìn)出口各布置一個(gè)場(chǎng)源電極，利用信號(hào)控制器發(fā)送不同頻率的偽隨機(jī)電磁信號(hào)至場(chǎng)源電極；

4、采用無人機(jī)搭載三分量磁場(chǎng)傳感器和接收機(jī)在近水面同步采集不同頻率的三個(gè)方向磁場(chǎng)分量。

5、數(shù)據(jù)采集完成后，由三個(gè)方向磁場(chǎng)分量計(jì)算總磁場(chǎng)強(qiáng)度后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互驗(yàn)證，確保數(shù)據(jù)的一致性和相關(guān)性。

6、分別對(duì)三個(gè)方向磁場(chǎng)分量、總磁場(chǎng)強(qiáng)度和梯度進(jìn)行成像處理，得到不同頻率的異常平面分布圖。

7、根據(jù)異常平面分布圖和管道分布識(shí)別滲漏區(qū)域。

8、在其中一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集完成后，由三個(gè)方向磁場(chǎng)分量計(jì)算總磁場(chǎng)強(qiáng)度后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互驗(yàn)證，確保數(shù)據(jù)的一致性和相關(guān)性，包括：

9、對(duì)三個(gè)方向磁場(chǎng)分量采用線性擬合的方式進(jìn)行擬合，得到三個(gè)磁場(chǎng)分量擬合模型為：

10、

11、

12、

13、其中，、、分別為x、y、z方向的磁場(chǎng)分量，、、分別為x、y、z方向磁場(chǎng)分量的偏移項(xiàng)，、、分別為x、y、z方向磁場(chǎng)分量的擬合系數(shù)，p為位置，、、分別為x、y、z方向磁場(chǎng)分量的誤差項(xiàng)。

14、將一個(gè)磁場(chǎng)分量擬合模型與另外兩個(gè)方向磁場(chǎng)分量的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，檢查是否存在一致性和相關(guān)性。

15、在其中一個(gè)實(shí)施例中，將一個(gè)磁場(chǎng)分量擬合模型與另外兩個(gè)方向磁場(chǎng)分量的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，檢查是否存在一致性和相關(guān)性，包括：

16、將一個(gè)磁場(chǎng)分量擬合模型與另外兩個(gè)方向磁場(chǎng)分量的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得到磁場(chǎng)分量的相關(guān)性為：

17、·100%

18、式中，為相關(guān)性，為某一磁場(chǎng)分量的擬合模型，為另一磁場(chǎng)分量的實(shí)際值。

19、當(dāng)為0~5%作為一致性和相關(guān)性達(dá)到數(shù)據(jù)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)，超過5%，則表明單一的三個(gè)方向磁場(chǎng)分量數(shù)據(jù)無法正確顯示水下管道滲漏位置，則采用磁場(chǎng)強(qiáng)度和梯度變化來揭示水下管道滲漏位置或是重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

20、在其中一個(gè)實(shí)施例中，采用無人機(jī)搭載三分量磁場(chǎng)傳感器在近水面采用規(guī)則的測(cè)線采集方式或無規(guī)則的采集方式同步采集不同頻率的三個(gè)方向磁場(chǎng)分量。

21、在其中一個(gè)實(shí)施例中，分別對(duì)三個(gè)方向磁場(chǎng)分量、總磁場(chǎng)強(qiáng)度和梯度進(jìn)行成像處理，得到不同頻率的異常平面分布圖，包括：

22、對(duì)不同頻率下的三方向磁場(chǎng)分量分別進(jìn)行滲漏區(qū)域的異常分析，生成不同頻率下磁場(chǎng)各方向磁場(chǎng)分量的異常平面分布圖。

23、根據(jù)不同頻率下的三方向的磁場(chǎng)分量數(shù)據(jù)，計(jì)算總磁場(chǎng)強(qiáng)度，對(duì)計(jì)總磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行滲漏區(qū)域的異常分析，生成不同頻率下總磁場(chǎng)的異常平面分布圖。

24、計(jì)算不同頻率下的三方向的磁場(chǎng)分量的梯度變化，對(duì)磁場(chǎng)梯度的變化進(jìn)行滲漏區(qū)域的異常分析，生成不同頻率下磁場(chǎng)梯度變化的異常平面分布圖。

25、一種無人機(jī)偽隨機(jī)電磁水下管道滲漏檢測(cè)裝置，該裝置包括：發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)：發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)。

26、發(fā)射系統(tǒng)包括：信號(hào)控制器、激勵(lì)電源、場(chǎng)源電極a以及場(chǎng)源電極b；場(chǎng)源電極a和場(chǎng)源電極b的一端均與信號(hào)控制器連接，場(chǎng)源電極a和場(chǎng)源電極b的另一端分別布置于待檢測(cè)水下輸水管道的進(jìn)口和出口；激勵(lì)電源用于為信號(hào)控制器提供電源；發(fā)射系統(tǒng)布設(shè)完成后，通過信號(hào)控制器發(fā)送不同頻率的偽隨機(jī)電磁信號(hào)。

27、接收系統(tǒng)包括三分量磁傳感器、接收機(jī)以及無人機(jī)；無人機(jī)搭載三分量磁傳感器和接收機(jī)在進(jìn)水面同步采集偽隨機(jī)電磁信號(hào)，無人機(jī)實(shí)時(shí)記錄移動(dòng)軌跡。

28、接收機(jī)，用于在數(shù)據(jù)采集完成后，由三個(gè)方向磁場(chǎng)分量計(jì)算總磁場(chǎng)強(qiáng)度后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互驗(yàn)證，確保數(shù)據(jù)的一致性和相關(guān)性；分別對(duì)三個(gè)方向磁場(chǎng)分量、總磁場(chǎng)強(qiáng)度和梯度進(jìn)行成像處理，得到不同頻率的異常平面分布圖；根據(jù)異常平面分布圖和管道分布識(shí)別滲漏區(qū)域。

29、在其中一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集完成后，由三個(gè)方向磁場(chǎng)分量計(jì)算總磁場(chǎng)強(qiáng)度后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互驗(yàn)證，確保數(shù)據(jù)的一致性和相關(guān)性，包括：

30、對(duì)三個(gè)方向磁場(chǎng)分量采用線性擬合的方式進(jìn)行擬合，得到三個(gè)磁場(chǎng)分量擬合模型為：

31、

32、

33、

34、其中，、、分別為x、y、z方向的磁場(chǎng)分量，、、分別為x、y、z方向磁場(chǎng)分量的偏移項(xiàng)，、、分別為x、y、z方向磁場(chǎng)分量的擬合系數(shù)，p為位置，、、分別為x、y、z方向磁場(chǎng)分量的誤差項(xiàng)。

35、將一個(gè)磁場(chǎng)分量擬合模型與另外兩個(gè)方向磁場(chǎng)分量的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，檢查是否存在一致性和相關(guān)性。

36、在其中一個(gè)實(shí)施例中，將一個(gè)磁場(chǎng)分量擬合模型與另外兩個(gè)方向磁場(chǎng)分量的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，檢查是否存在一致性和相關(guān)性，包括：

37、將一個(gè)磁場(chǎng)分量擬合模型與另外兩個(gè)方向磁場(chǎng)分量的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得到磁場(chǎng)分量的相關(guān)性為：

38、·100%

39、式中，為相關(guān)性，為某一磁場(chǎng)分量的擬合模型，為另一磁場(chǎng)分量的實(shí)際值。

40、當(dāng)為0~5%作為一致性和相關(guān)性達(dá)到數(shù)據(jù)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)，超過5%，則表明單一的三個(gè)方向磁場(chǎng)分量數(shù)據(jù)無法正確顯示水下管道滲漏位置，則采用磁場(chǎng)強(qiáng)度和梯度變化來揭示水下管道滲漏位置或是重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

41、在其中一個(gè)實(shí)施例中，采用無人機(jī)搭載三分量磁場(chǎng)傳感器在近水面采用規(guī)則的測(cè)線采集方式或無規(guī)則的采集方式同步采集不同頻率的三個(gè)方向磁場(chǎng)分量。

42、在其中一個(gè)實(shí)施例中，分別對(duì)三個(gè)方向磁場(chǎng)分量、總磁場(chǎng)強(qiáng)度和梯度進(jìn)行成像處理，得到不同頻率的異常平面分布圖，包括：

43、對(duì)不同頻率下的三方向磁場(chǎng)分量分別進(jìn)行滲漏區(qū)域的異常分析，生成不同頻率下磁場(chǎng)各方向磁場(chǎng)分量的異常平面分布圖。

44、根據(jù)不同頻率下的三方向的磁場(chǎng)分量數(shù)據(jù)，計(jì)算總磁場(chǎng)強(qiáng)度，對(duì)計(jì)總磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行滲漏區(qū)域的異常分析，生成不同頻率下總磁場(chǎng)的異常平面分布圖。

45、計(jì)算不同頻率下的三方向的磁場(chǎng)分量的梯度變化，對(duì)磁場(chǎng)梯度的變化進(jìn)行滲漏區(qū)域的異常分析，生成不同頻率下磁場(chǎng)梯度變化的異常平面分布圖。

46、上述無人機(jī)偽隨機(jī)電磁水下管道滲漏檢測(cè)方法與裝置，所述方法利用滲漏區(qū)域與正常區(qū)域的磁場(chǎng)響應(yīng)差異，通過磁場(chǎng)的變化來識(shí)別管道滲漏位置和范圍。通過主機(jī)發(fā)射多序列可變頻率密度的偽隨機(jī)電磁信號(hào)，由無人機(jī)搭載信號(hào)接收器在近水面區(qū)域進(jìn)行信號(hào)測(cè)量與反饋，滿足不同深度水下管道的檢測(cè)需求，提升管道滲漏的縱向分辨率，同時(shí)通過增強(qiáng)主頻信號(hào)的強(qiáng)度，有效減少水下電磁干擾，從而顯著提升輸水管道滲漏檢測(cè)的精度；本方法采用無人機(jī)搭載三分量磁場(chǎng)接收器，三分量探頭能夠同時(shí)捕捉三個(gè)正交方向的磁場(chǎng)分量，這一特性有助于減少無人機(jī)飛行時(shí)，由于接收器姿態(tài)變化而對(duì)數(shù)據(jù)采集造成的影響。