用于橋梁水下部分日常巡檢的仿生機器魚的制作方法

1.本發明涉及橋梁工程維管技術領域，具體地說，涉及用于橋梁水下部分日常巡檢的仿生機器魚。


背景技術：

2.架設在江河湖海上、使車輛行人等能順利通行的構筑物為常規意義上的橋梁，因為跨越水域，因此，橋梁總有一部分是淹沒在水下的。橋梁屬于較大型的建筑，其安全性能關系重大，一旦橋梁出現損壞，往往會造成非常重大的事故。然而，暴露在水面以上部分的橋梁便于進行常規的巡視檢查，而橋梁的水下部分則難以進行常規的巡檢。目前，一般會采用水下航行器對橋梁水下部分進行巡檢，而一般橋梁下方的水流或風浪較大，常規的水下航行器非常容易因風浪影響導致偏離原定航線甚至可能撞上橋墩導致損壞，也會給橋梁水下部分造成二次傷害，而且常規的水下航行器的使用成本高、管理水平低，無法便捷地頻繁進行巡檢操作。鑒于此，我們提出了用于橋梁水下部分日常巡檢的仿生機器魚。


技術實現要素：

3.本發明的目的在于提供了用于橋梁水下部分日常巡檢的仿生機器魚，以解決上述背景技術中提出的問題。
4.為實現上述技術問題的解決，本發明的目的之一在于，提供了用于橋梁水下部分日常巡檢的仿生機器魚，包括仿生機器魚本體，所述仿生機器魚本體包括主殼體，所述主殼體內規則布設有動力推進器、控制器、浮力調節器、沉浮氣囊、空壓機、深度傳感器和衛星導航裝置，所述仿生機器魚本體內還規則布設有處理器、電源管理器、環形多波束側掃聲吶、兩組水下高清攝像頭和前視聲吶，所述仿生機器魚本體外配套設有設備運輸車，所述設備運輸車上搭載有移動機房和流動衛星基準站。
5.作為本技術方案的進一步改進，所述主殼體的頂端設有魚鰭空殼，所述主殼體的尾部通過銷軸鉸接有魚尾殼體，所述動力推進器安裝在所述魚尾殼體內，所述衛星導航裝置安裝在所述魚鰭空殼內，兩組所述水下高清攝像頭分別設置在魚眼位置處，所述前視聲吶設置在魚嘴位置處。
6.作為本技術方案的進一步改進，所述處理器外通過信號線分別信號連接有配套的存儲器和通信模塊。
7.作為本技術方案的進一步改進，所述移動機房內設有配套的計算主機和顯示器，所述計算主機通過云數據庫與橋梁資料管理平臺無線通訊連接。
8.本發明的目的之二在于，提供了用于橋梁水下部分日常巡檢的仿生機器魚的巡檢系統，該巡檢系統裝載于所述處理器內，包括
9.基建管理單元、功能作業單元、數據處理單元和應用管理單元；所述基建管理單元、所述功能作業單元、所述數據處理單元與所述應用管理單元依次通過網絡通信連接；所述基建管理單元用于對加入系統并支撐系統運行的設備裝置及算法技術進行連接管理；所
述功能作業單元用于對仿生魚及其內部實現各類工作功能的設備的作業過程進行集中的調配管理；所述數據處理單元用于對仿生機器魚在橋梁水下部分日常巡檢工作過程中采集的各類數據進行處理分析，并結合橋梁的原始設計數據、往期巡檢及修復數據來對橋梁的情況進行多維分析；所述應用管理單元用于對橋梁的性能安全情況進行評估，結合分析結果來制定相應的修復方案，記錄修復的工作過程病生成綜合的結構報告以便上報反饋；
10.所述基建管理單元包括工作設備模塊、輔助系統模塊、智能傳感模塊、技術算法模塊和無線通訊模塊；
11.所述功能作業單元包括電源管理模塊、運動管理模塊、巡檢探測模塊和實景攝錄模塊；
12.所述數據處理單元包括三維影像模塊、圖像識別模塊、聯合對比模塊和多維分析模塊；
13.所述應用管理單元包括安全評估模塊、修復方案模塊、綜合報告模塊和上報反饋模塊。
14.作為本技術方案的進一步改進，所述工作設備模塊、所述輔助系統模塊、所述智能傳感模塊、所述技術算法模塊與所述無線通訊模塊依次通過網絡通信連接；所述工作設備模塊用于對加入系統的各投入工作以實現各主要功能的基礎電子設備進行管控及工作分配；所述輔助系統模塊用于載入多種成熟的系統技術來輔助系統各項功能的運行；所述智能傳感模塊用于通過布設在仿生機器魚內部的各類具有傳感功能的裝置來實時采集仿生機器魚運行過程中外界的狀態數據；所述技術算法模塊用于載入多種智能技術或算法來支撐系統的精準運作；所述無線通訊模塊用于通過多種無線的信號傳輸/數據傳輸手段來支撐數據采集及系統運行的需求。
15.其中，工作設備包括但不限于：仿生機器魚及其內部驅動裝置(包括機殼、運動控制器、動力推進器、浮力調節器、氣囊倉、空壓機等)、處理系統(包括處理器、存儲器、無線通信模塊等)、電源管理器、導航系統裝置(衛星導航/慣性導航)、水下高清攝像頭、多波束聲吶、設備運輸車、移動機房、流動衛星基站等。
16.其中，輔助系統包括但不限于多波束聲吶探測系統、衛星導航系統、慣性導航系統等。
17.其中，智能傳感裝置包括但不限于深度傳感器、定位器、攝像頭、前視聲吶等。
18.其中，智能技術算法包括但不限于人工智能技術、圖像識別技術、機器學習技術、數據分析技術等。
19.其中，無線通訊技術包括但不限于脈沖方波、無線傳輸技術、無線通信技術等。
20.作為本技術方案的進一步改進，所述電源管理模塊、所述運動管理模塊、所述巡檢探測模塊與所述實景攝錄模塊依次通過網絡通信連接且并列運行；所述電源管理模塊用于對仿生機器魚內部的電源儲能裝置的工作過程進行管控、對各用電設備的用電量進行電能分配，實時監測電源的電能余量，并可以在電能余量不足時按照預設程序自動計算最優路徑從而返回到指定地點以便進行回收；所述運動管理模塊用于通過控制器及多種運動驅動裝置對仿生魚的水中運動過程進行集中的自動化管理，結合橋梁的設計圖紙、衛星導航系統統一規劃管理機器魚的進退沉浮及轉向的運動過程，實現仿生機器魚的自動巡航檢測，在巡航過程中可通過前視聲吶的輔助功能實現自動避障，還可結合深度傳感器實時準確地
定位仿生機器魚的三維位置坐標；所述巡檢探測模塊用于通過多波束聲吶隨著仿生機器魚自動巡航過程中的運動路徑依次掃測橋梁水下部分的高精度三維數據以準確探測橋梁受到腐蝕、缺損的實質情況；所述實景攝錄模塊用于通過水下高清攝像頭實時攝錄以獲取橋梁水下部分的清晰圖像從而可以直觀地檢查橋梁外部肉眼明顯可見的缺損問題。
21.其中，運動管理過程中，系統可通過處理器自動控制仿生機器魚的前進、后退、上浮、下沉及轉向等動作，仿生機器魚可以按照設定好的路徑進行自主巡航，巡航的路徑可以為：緊貼橋梁側壁直線上浮下潛、沿著橋梁的分布方向進行水平直線的往復巡航、繞著橋墩以螺旋形式進行旋轉等。
22.其中，實景攝錄過程中，因仿生機器魚內設置兩組相反方向的水下高清攝像頭，則運行過程中可以根據仿生機器魚的巡航方式選擇只啟用其中一組或同時開啟兩組攝像頭，如仿生機器魚沿著橋梁分布方向往復巡航或繞著橋墩旋轉時只需啟用靠近橋梁/橋墩方向的攝像頭，如仿生機器魚運行在兩組橋墩之間時則需要同時啟用兩組攝像頭。
23.作為本技術方案的進一步改進，所述三維影像模塊與所述圖像識別模塊依次通過網絡通信連接且并列運行，所述三維影像模塊、所述圖像識別模塊的信號輸出端與所述聯合對比模塊的信號輸入端連接，所述聯合對比模塊的信號輸出端與所述多維分析模塊的信號輸入端連接；所述三維影像模塊用于采集獲取多波束聲吶掃測的橋梁水下部分的神呢數據，對原始聲吶數據進行解析、降噪、斜距校正等預處理以去除數據中的干擾噪聲，按照仿生機器魚實時定位的位置信息、時間信息拼接成三維聲吶點云，對三維聲吶點云進行配準處理，以減小聲吶設備測量誤差或者其工作時受到外部干擾影響造成的視覺差異，并將聲吶數據導入制圖軟件中，結合曲面重建技術重建風電場的三維影像；所述圖像識別模塊用于對通過水下高清攝像頭獲取橋梁水下部分的圖像或影像數據，由技術人員通過人工方式對圖像中肉眼可判斷的缺損部分進行識別并標記，或對視頻或圖像進行降維、均值濾波、彩色二值化等預處理后，采用人工智能的圖像識別技術對預處理后的圖像進行智能識別，并將通過人工識別與通過人工智能識別出的目標位置進行比對，并集數據進行查漏補缺以提高實景檢查的全面完整性，還可通過神經網絡、機器學習等成熟算法對智能的圖像識別模型進行訓練優化以提高識別精確度；所述聯合對比模塊用于將橋梁的原始設計數據、往期歷次探測及修復數據、實時探測的影像資料及三維聲吶數據一一對應起來進行對比分析；所述多維分析模塊用于根據分析結果，從橋梁出現缺損部位的位置定位、類型定性、缺陷尺寸定量等方面，多維地對探測出的橋梁水下部分異常情況進行全面分析。
24.其中，橋梁出現缺損部位的情況及其指標包括但不限于：橋墩底部過量淤積(淤積厚度、面積、濃稠情況、雜物顆粒粗細程度等)、橋梁/橋墩外表面缺損或腐蝕情況(缺損類型、缺損面積、缺損厚度等)、橋梁滲漏(缺損類型、裂縫寬度、缺損面積、缺損深度、滲水量等)、橋梁/橋墩表面異常附著物(附著物類型、附著面積、附著厚度、附著物是否存在腐蝕性等)、大型沉底異物(異物類型、尺寸、顏色、是否存在污染危害、是否存在腐蝕性等)。
25.作為本技術方案的進一步改進，所述安全評估模塊的信號輸出端與所述修復方案模塊的信號輸入端連接，所述修復方案模塊的信號輸出端與所述綜合報告模塊的信號輸入端連接，所述綜合報告模塊的信號輸出端與所述上報反饋模塊的信號輸入端連接；所述安全評估模塊用于依照預設的標準規則，判定各缺損部位的缺損程度，分別評估各缺損部位的危害程度，并根據檢測出的缺損情況對橋梁水下部分的整體安全情況進行評價；所述修
復方案模塊用于根據缺損分析及安全評估的數據結果，統計估算修復橋梁缺損部分所需的耗材量，針對每個缺損部分情況分別定制相應的修復方案并實施，追蹤記錄修復施工方案的實施過程及完工效果并反饋到數據管理層；所述綜合報告模塊用于收集一次從巡檢到修復全流程的工作記錄及所有數據，對所有相關數據進行整合歸納，生成全面綜合的結構性巡檢探測報告；所述上報反饋模塊用于將所有數據上報至橋梁工程監管部門，同時將所有數據存檔至橋梁資料管理平臺。
26.作為本技術方案的進一步改進，所述安全評估模塊的計算方式采用加權平均算法，其公式為：
[0027][0028]
式中，x1，x2，
…
，xn為各主要評估項目的評估分值，f1+f2+
…
+fk＝1，f1，f2，
…
，fk叫做權，表示各主要評估項目評估分值在整體項目評估分值中所占的比例；
[0029]
其中，當f表示橋梁水下部分整體安全情況時，xn表示淤積情況、橋梁/橋墩缺損情況、滲漏、附著物情況、沉底異物情況等評估指標的評估分值，fk為各評估指標分值在橋梁水下部分安全性能整體評估情況中的占比。
[0030]
本發明的目的之三在于，提供了用于橋梁水下部分日常巡檢的仿生機器魚及其巡檢系統的運行方法，包括：
[0031]
首先由設備運輸車將仿生機器魚運輸到待巡檢橋梁位置處，將仿生機器魚置于橋梁水域中，仿生機器魚在前視聲吶、衛星/慣性導航系統共同作用下，通過控制器驅動實現自主巡航運動，仿生機器魚巡航過程中通過環形多波束聲吶實時掃測橋梁水下部分，對聲吶數據進行處理后重建橋梁水下部分實時的三維影像，巡航過程中根據仿生機器魚的運動路徑，啟用水下高清攝像頭實時攝錄橋梁/橋墩的影像并回傳到移動機房內，技術人員查看視頻圖像并人工標注缺損部位，同時處理器通過人工智能技術自動識別圖像中可能存在異常的部位，將人工標注和智能識別的部位進行對比分析，通過訓練優化提高智能識別的準確度，結合所有數據多維地全面分析缺損目標情況，依照分析結果定制最優的修復計劃，并整合巡檢全流程的所有數據，生成全面綜合的結構性報告以便存檔及上報。
[0032]
本發明的目的之四在于，提供了用于橋梁水下部分日常巡檢的仿生機器魚巡檢系統的運行裝置，包括處理器、存儲器以及存儲在存儲器中并在處理器上運行的計算機程序，處理器用于執行計算機程序時實現上述的用于橋梁水下部分日常巡檢的仿生機器魚。
[0033]
本發明的目的之五在于，提供了一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現上述的用于橋梁水下部分日常巡檢的仿生機器魚。
[0034]
與現有技術相比，本發明的有益效果：
[0035]
1.該用于橋梁水下部分日常巡檢的仿生機器魚通過設置帶有兩套沉浮調節裝置的仿生魚，結合衛星導航和深度傳感的輔助功能，可以實現緊貼橋梁側壁原地下潛并按照預設路線進行自主巡檢，不會受風浪影響過度偏離，位置發生偏離時也能及時糾正歸位，減小風浪影響，避免與橋梁水下部分發生碰撞導致互相損傷，使檢測數據更準確可靠；
[0036]
2.該用于橋梁水下部分日常巡檢的仿生機器魚通過在仿生機器魚上搭載環形多波束側掃聲吶和水下高清攝像頭，可以在機器魚巡航過程中獲取橋梁水下部分的三維影像
并就近攝錄高清實景圖像，直觀檢查橋梁水下表面情況，多維地準確判斷橋梁水下部分的缺損情況，并可估算修復所需耗材，從而快速準確地定制并實施修復方案，提高巡檢工作效果，降低橋梁的檢修和運維管理成本，更好地保障橋梁的安全性能；
[0037]
3.該用于橋梁水下部分日常巡檢的仿生機器魚通過配套設置設備運輸車，可以用于仿生機器魚的投放和回收，并可就近獲取監測數據并計算，提高監測工作效率和準確度，便于作業管理，提高巡檢裝置及系統的實用性，擴展應用場景。
附圖說明
[0038]
圖1為本發明中仿生機器魚本體的整體外部結構示意圖；
[0039]
圖2為本發明中仿生機器魚本體的整體內部結構示意圖；
[0040]
圖3為本發明中仿生機器魚整體架構的工作原理圖；
[0041]
圖4為本發明中巡檢系統的整體裝置結構圖；
[0042]
圖5為本發明中巡檢系統的整體裝置結構圖之一；
[0043]
圖6為本發明中巡檢系統的整體裝置結構圖之二；
[0044]
圖7為本發明中巡檢系統的整體裝置結構圖之三；
[0045]
圖8為本發明中巡檢系統的整體裝置結構圖之四；
[0046]
圖9為本發明中巡檢系統示例性電子計算機裝置結構示意圖。
[0047]
圖中各個標號意義為：
[0048]
1、仿生機器魚本體；11、主殼體；111、魚鰭空殼；112、魚尾殼體；12、動力推進器；13、控制器；14、浮力調節器；15、沉浮氣囊；16、空壓機；17、深度傳感器；18、衛星導航裝置；
[0049]
2、處理器；21、存儲器；22、通信模塊；
[0050]
3、電源管理器；
[0051]
4、環形多波束側掃聲吶；
[0052]
5、水下高清攝像頭；
[0053]
6、前視聲吶；
[0054]
7、設備運輸車；
[0055]
8、移動機房；81、計算主機；82、顯示器；83、云數據庫；84、橋梁資料管理平臺；
[0056]
9、流動衛星基準站；
[0057]
100、基建管理單元；101、工作設備模塊；102、輔助系統模塊；103、智能傳感模塊；104、技術算法模塊；105、無線通訊模塊；
[0058]
200、功能作業單元；201、電源管理模塊；202、運動管理模塊；203、巡檢探測模塊；204、實景攝錄模塊；
[0059]
300、數據處理單元；301、三維影像模塊；302、圖像識別模塊；303、聯合對比模塊；304、多維分析模塊；
[0060]
400、應用管理單元；401、安全評估模塊；402、修復方案模塊；403、綜合報告模塊；404、上報反饋模塊。
具體實施方式
[0061]
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完
整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0062]
實施例1
[0063]
如圖1-圖3所示，本實施例提供了用于橋梁水下部分日常巡檢的仿生機器魚，包括仿生機器魚本體1，仿生機器魚本體1包括主殼體11，主殼體11內規則布設有動力推進器12、控制器13、浮力調節器14、沉浮氣囊15、空壓機16、深度傳感器17和衛星導航裝置18，仿生機器魚本體1內還規則布設有處理器2、電源管理器3、環形多波束側掃聲吶4、兩組水下高清攝像頭5和前視聲吶6，仿生機器魚本體1外配套設有設備運輸車7，設備運輸車7上搭載有移動機房8和流動衛星基準站9。
[0064]
本實施例中，主殼體11的頂端設有魚鰭空殼111，主殼體11的尾部通過銷軸鉸接有魚尾殼體112，使魚尾殼體112可以通過活動來支持仿生機器魚本體1的轉向過程。
[0065]
其中，主殼體11應采用耐高壓、耐腐蝕的材質支撐，如鈦鋼、玻璃、陶瓷等，其外表面還可涂覆一層耐腐蝕涂層，使仿生機器魚本體1適用于腐蝕性較強的海水中，提高其實用性；主殼體11外側還可覆蓋設置一層緩沖材料，可以避免因風浪導致仿生機器魚本體1碰撞到橋梁/橋墩上導致損壞或損傷橋梁外表面。
[0066]
進一步地，動力推進器12安裝在魚尾殼體112內，動力推進器12用于支撐仿生機器魚本體1的前進或后退運動。
[0067]
具體地，浮力調節器14、沉浮氣囊15和空壓機16可以提供兩套沉浮調節系統，可以快速準確地調節仿生機器魚本體1的下潛和上升過程，從而可以降低風浪對仿生機器魚本體1的影響，使仿生機器魚本體1可以實現原地下潛，或者在下潛過程中因風浪導致偏離原位置時，也可及時通過調整回到原位。
[0068]
進一步地，衛星導航裝置18安裝在魚鰭空殼111內，通過衛星導航裝置18與流動衛星基準站9的配合運行，可以通過衛星導航系統準確地為仿生機器魚本體1巡航過程進行導航，并可準確定位仿生機器魚本體1的三維位置坐標。
[0069]
進一步地，兩組水下高清攝像頭5分別設置在魚眼位置處，可以分別從仿生機器魚本體1的兩側對外部環境進行實景拍攝。
[0070]
進一步地，前視聲吶6設置在魚嘴位置處，便于給仿生機器魚本體1提供自動避障的輔助功能。
[0071]
本實施例中，處理器2外通過信號線分別信號連接有配套的存儲器21和通信模塊22。具體地，處理器2通過信號線分別與動力推進器12、控制器13、浮力調節器14、空壓機16、深度傳感器17、衛星導航裝置18、電源管理器3、環形多波束側掃聲吶4、水下高清攝像頭5及前視聲吶6信號連接，用于實現整個仿生機器魚本體1的功能控制。
[0072]
進一步地，電源管理器3通過導線分別與動力推進器12、控制器13、浮力調節器14、空壓機16、深度傳感器17、衛星導航裝置18、處理器2、環形多波束側掃聲吶4、水下高清攝像頭5及前視聲吶6電性連接，用于給各用電設備提供能源。
[0073]
本實施例中，設備運輸車7在工作過程中，可用于將仿生機器魚本體1運輸到指定待巡檢的橋梁地點，仿生機器魚本體1運行時，設備運輸車7可以停止在橋梁一側岸邊進行數據采集和處理工作，也可以隨著仿生機器魚本體1在水下的運行路徑在橋梁上行駛，從而
可以就近接收數據，提高巡檢的工作效率和準確性。
[0074]
本實施例中，移動機房8內設有配套的計算主機81和顯示器82，計算主機81用戶獲取仿生機器魚本體1采集傳輸來的數據并進行處理。
[0075]
進一步地，計算主機81通過云數據庫83與橋梁資料管理平臺84無線通訊連接，可以從橋梁資料管理平臺84獲取橋梁原始設計數據及往期歷次巡檢、修復的數據記錄。
[0076]
如圖4-圖9所示，本實施例提供了用于橋梁水下部分日常巡檢的仿生機器魚的巡檢系統，該巡檢系統裝載于處理器2內，包括
[0077]
基建管理單元100、功能作業單元200、數據處理單元300和應用管理單元400；基建管理單元100、功能作業單元200、數據處理單元300與應用管理單元400依次通過網絡通信連接；基建管理單元100用于對加入系統并支撐系統運行的設備裝置及算法技術進行連接管理；功能作業單元200用于對仿生魚及其內部實現各類工作功能的設備的作業過程進行集中的調配管理；數據處理單元300用于對仿生機器魚在橋梁水下部分日常巡檢工作過程中采集的各類數據進行處理分析，并結合橋梁的原始設計數據、往期巡檢及修復數據來對橋梁的情況進行多維分析；應用管理單元400用于對橋梁的性能安全情況進行評估，結合分析結果來制定相應的修復方案，記錄修復的工作過程病生成綜合的結構報告以便上報反饋；
[0078]
基建管理單元100包括工作設備模塊101、輔助系統模塊102、智能傳感模塊103、技術算法模塊104和無線通訊模塊105；
[0079]
功能作業單元200包括電源管理模塊201、運動管理模塊202、巡檢探測模塊203和實景攝錄模塊204；
[0080]
數據處理單元300包括三維影像模塊301、圖像識別模塊302、聯合對比模塊303和多維分析模塊304；
[0081]
應用管理單元400包括安全評估模塊401、修復方案模塊402、綜合報告模塊403和上報反饋模塊404。
[0082]
本實施例中，工作設備模塊101、輔助系統模塊102、智能傳感模塊103、技術算法模塊104與無線通訊模塊105依次通過網絡通信連接；工作設備模塊101用于對加入系統的各投入工作以實現各主要功能的基礎電子設備進行管控及工作分配；輔助系統模塊102用于載入多種成熟的系統技術來輔助系統各項功能的運行；智能傳感模塊103用于通過布設在仿生機器魚內部的各類具有傳感功能的裝置來實時采集仿生機器魚運行過程中外界的狀態數據；技術算法模塊104用于載入多種智能技術或算法來支撐系統的精準運作；無線通訊模塊105用于通過多種無線的信號傳輸/數據傳輸手段來支撐數據采集及系統運行的需求。
[0083]
其中，工作設備包括但不限于：仿生機器魚及其內部驅動裝置(包括機殼、運動控制器、動力推進器、浮力調節器、氣囊倉、空壓機等)、處理系統(包括處理器、存儲器、無線通信模塊等)、電源管理器、導航系統裝置(衛星導航/慣性導航)、水下高清攝像頭、多波束聲吶、設備運輸車、移動機房、流動衛星基站等。
[0084]
其中，輔助系統包括但不限于多波束聲吶探測系統、衛星導航系統、慣性導航系統等。
[0085]
其中，智能傳感裝置包括但不限于深度傳感器、定位器、攝像頭、前視聲吶等。
[0086]
其中，智能技術算法包括但不限于人工智能技術、圖像識別技術、機器學習技術、
數據分析技術等。
[0087]
其中，無線通訊技術包括但不限于脈沖方波、無線傳輸技術、無線通信技術等。
[0088]
本實施例中，電源管理模塊201、運動管理模塊202、巡檢探測模塊203與實景攝錄模塊204依次通過網絡通信連接且并列運行；電源管理模塊201用于對仿生機器魚內部的電源儲能裝置的工作過程進行管控、對各用電設備的用電量進行電能分配，實時監測電源的電能余量，并可以在電能余量不足時按照預設程序自動計算最優路徑從而返回到指定地點以便進行回收；運動管理模塊202用于通過控制器及多種運動驅動裝置對仿生魚的水中運動過程進行集中的自動化管理，結合橋梁的設計圖紙、衛星導航系統統一規劃管理機器魚的進退沉浮及轉向的運動過程，實現仿生機器魚的自動巡航檢測，在巡航過程中可通過前視聲吶的輔助功能實現自動避障，還可結合深度傳感器實時準確地定位仿生機器魚的三維位置坐標；巡檢探測模塊203用于通過多波束聲吶隨著仿生機器魚自動巡航過程中的運動路徑依次掃測橋梁水下部分的高精度三維數據以準確探測橋梁受到腐蝕、缺損的實質情況；實景攝錄模塊204用于通過水下高清攝像頭實時攝錄以獲取橋梁水下部分的清晰圖像從而可以直觀地檢查橋梁外部肉眼明顯可見的缺損問題。
[0089]
其中，運動管理過程中，系統可通過處理器自動控制仿生機器魚的前進、后退、上浮、下沉及轉向等動作，仿生機器魚可以按照設定好的路徑進行自主巡航，巡航的路徑可以為：緊貼橋梁側壁直線上浮下潛、沿著橋梁的分布方向進行水平直線的往復巡航、繞著橋墩以螺旋形式進行旋轉等。
[0090]
其中，實景攝錄過程中，因仿生機器魚內設置兩組相反方向的水下高清攝像頭，則運行過程中可以根據仿生機器魚的巡航方式選擇只啟用其中一組或同時開啟兩組攝像頭，如仿生機器魚沿著橋梁分布方向往復巡航或繞著橋墩旋轉時只需啟用靠近橋梁/橋墩方向的攝像頭，如仿生機器魚運行在兩組橋墩之間時則需要同時啟用兩組攝像頭。
[0091]
本實施例中，三維影像模塊301與圖像識別模塊302依次通過網絡通信連接且并列運行，三維影像模塊301、圖像識別模塊302的信號輸出端與聯合對比模塊303的信號輸入端連接，聯合對比模塊303的信號輸出端與多維分析模塊304的信號輸入端連接；三維影像模塊301用于采集獲取多波束聲吶掃測的橋梁水下部分的神呢數據，對原始聲吶數據進行解析、降噪、斜距校正等預處理以去除數據中的干擾噪聲，按照仿生機器魚實時定位的位置信息、時間信息拼接成三維聲吶點云，對三維聲吶點云進行配準處理，以減小聲吶設備測量誤差或者其工作時受到外部干擾影響造成的視覺差異，并將聲吶數據導入制圖軟件中，結合曲面重建技術重建風電場的三維影像；圖像識別模塊302用于對通過水下高清攝像頭獲取橋梁水下部分的圖像或影像數據，由技術人員通過人工方式對圖像中肉眼可判斷的缺損部分進行識別并標記，或對視頻或圖像進行降維、均值濾波、彩色二值化等預處理后，采用人工智能的圖像識別技術對預處理后的圖像進行智能識別，并將通過人工識別與通過人工智能識別出的目標位置進行比對，并集數據進行查漏補缺以提高實景檢查的全面完整性，還可通過神經網絡、機器學習等成熟算法對智能的圖像識別模型進行訓練優化以提高識別精確度；聯合對比模塊303用于將橋梁的原始設計數據、往期歷次探測及修復數據、實時探測的影像資料及三維聲吶數據一一對應起來進行對比分析；多維分析模塊304用于根據分析結果，從橋梁出現缺損部位的位置定位、類型定性、缺陷尺寸定量等方面，多維地對探測出的橋梁水下部分異常情況進行全面分析。
[0092]
其中，橋梁出現缺損部位的情況及其指標包括但不限于：橋墩底部過量淤積(淤積厚度、面積、濃稠情況、雜物顆粒粗細程度等)、橋梁/橋墩外表面缺損或腐蝕情況(缺損類型、缺損面積、缺損厚度等)、橋梁滲漏(缺損類型、裂縫寬度、缺損面積、缺損深度、滲水量等)、橋梁/橋墩表面異常附著物(附著物類型、附著面積、附著厚度、附著物是否存在腐蝕性等)、大型沉底異物(異物類型、尺寸、顏色、是否存在污染危害、是否存在腐蝕性等)。
[0093]
本實施例中，安全評估模塊401的信號輸出端與修復方案模塊402的信號輸入端連接，修復方案模塊402的信號輸出端與綜合報告模塊403的信號輸入端連接，綜合報告模塊403的信號輸出端與上報反饋模塊404的信號輸入端連接；安全評估模塊401用于依照預設的標準規則，判定各缺損部位的缺損程度，分別評估各缺損部位的危害程度，并根據檢測出的缺損情況對橋梁水下部分的整體安全情況進行評價；修復方案模塊402用于根據缺損分析及安全評估的數據結果，統計估算修復橋梁缺損部分所需的耗材量，針對每個缺損部分情況分別定制相應的修復方案并實施，追蹤記錄修復施工方案的實施過程及完工效果并反饋到數據管理層；綜合報告模塊403用于收集一次從巡檢到修復全流程的工作記錄及所有數據，對所有相關數據進行整合歸納，生成全面綜合的結構性巡檢探測報告；上報反饋模塊404用于將所有數據上報至橋梁工程監管部門，同時將所有數據存檔至橋梁資料管理平臺。
[0094]
具體地，安全評估模塊401的計算方式采用加權平均算法，其公式為：
[0095][0096]
式中，x1，x2，
…
，xn為各主要評估項目的評估分值，f1+f2+
…
+fk＝1，f1，f2，
…
，fk叫做權，表示各主要評估項目評估分值在整體項目評估分值中所占的比例；
[0097]
其中，當f表示橋梁水下部分整體安全情況時，xn表示淤積情況、橋梁/橋墩缺損情況、滲漏、附著物情況、沉底異物情況等評估指標的評估分值，fk為各評估指標分值在橋梁水下部分安全性能整體評估情況中的占比。
[0098]
本實施例還提供了用于橋梁水下部分日常巡檢的仿生機器魚及其巡檢系統的運行方法，包括：
[0099]
首先由設備運輸車將仿生機器魚運輸到待巡檢橋梁位置處，將仿生機器魚置于橋梁水域中，仿生機器魚在前視聲吶、衛星/慣性導航系統共同作用下，通過控制器驅動實現自主巡航運動，仿生機器魚巡航過程中通過環形多波束聲吶實時掃測橋梁水下部分，對聲吶數據進行處理后重建橋梁水下部分實時的三維影像，巡航過程中根據仿生機器魚的運動路徑，啟用水下高清攝像頭實時攝錄橋梁/橋墩的影像并回傳到移動機房內，技術人員查看視頻圖像并人工標注缺損部位，同時處理器通過人工智能技術自動識別圖像中可能存在異常的部位，將人工標注和智能識別的部位進行對比分析，通過訓練優化提高智能識別的準確度，結合所有數據多維地全面分析缺損目標情況，依照分析結果定制最優的修復計劃，并整合巡檢全流程的所有數據，生成全面綜合的結構性報告以便存檔及上報。
[0100]
如圖9所示，本實施例還提供了用于橋梁水下部分日常巡檢的仿生機器魚巡檢系統的運行裝置，該裝置包括處理器、存儲器以及存儲在存儲器中并在處理器上運行的計算機程序。
[0101]
處理器包括一個或一個以上處理核心，處理器通過總線與存儲器相連，存儲器用于存儲程序指令，處理器執行存儲器中的程序指令時實現上述的用于橋梁水下部分日常巡
檢的仿生機器魚。
[0102]
可選的，存儲器可以由任何類型的易失性或非易失性存儲設備或者它們的組合實現，如靜態隨時存取存儲器(sram)，電可擦除可編程只讀存儲器(eeprom)，可擦除可編程只讀存儲器(eprom)，可編程只讀存儲器(prom)，只讀存儲器(rom)，磁存儲器，快閃存儲器，磁盤或光盤。
[0103]
此外，本發明還提供了一種計算機可讀存儲介質，計算機可讀存儲介質存儲有計算機程序，計算機程序被處理器執行時實現上述的用于橋梁水下部分日常巡檢的仿生機器魚。
[0104]
可選的，本發明還提供了一種包含指令的計算機程序產品，當其在計算機上運行時，使得計算機執行上述各方面用于橋梁水下部分日常巡檢的仿生機器魚。
[0105]
本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例的全部或部分步驟可以通過硬件來完成，也可以通過程序來指令相關的硬件完成，程序可以存儲于計算機可讀存儲介質中，上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。
[0106]
以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的僅為本發明的優選例，并不用來限制本發明，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。