(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111481851.9 (22)申请日 2021.12.0 6 (71)申请人 青岛五叠纪智能科技有限公司 地址 266071 山东省青岛市 市南区徐州路 88号海洋科技孵化器二层B0 6 (72)发明人 高磊　徐滨　李洁雯　 (74)专利代理 机构 青岛华慧泽专利代理事务所 (普通合伙) 37247 代理人 姜英昌 (51)Int.Cl. G01S 15/86(2020.01) G01S 15/89(2006.01) G06V 20/05(2022.01) G06N 20/00(2019.01) (54)发明名称 基于多波束声呐的全覆盖式水库水域仿生 鱼探测系统 (57)摘要 本发明涉及水利工程检修技术领域， 具体地 说， 涉及基于多波束声呐的全覆盖式水库水域仿 生鱼探测系统。 包括基建管理单元、 集中管控单 元、 数据管理单元和综合应用单元； 基建管理单 元用于对基础设备进行管理； 集中管控单元用于 对功能运行进行调配管理； 数据管理单元用于对 各类数据进行处理分析； 综合应用单元用于评估 并制定修复方案。 本发明设计可实现水库水域内 灵活的自动无人巡检操作； 可以直观 地检查肉眼 可见的缺陷部位， 并直接定性； 可 以实现水库水 域内全方位扫描检测， 可以仔细检查局部缺损的 情况、 快速评估水库的整体安全性能情况， 提高 水库水域内部检测效率、 准确率及覆盖率， 从而 可以定制个性化的修复方案， 保障水库的安全运 维。 权利要求书4页 说明书10页 附图10页 CN 114296086 A 2022.04.08 CN 114296086 A 1.基于多 波束声呐的全覆盖式水库水域仿生鱼探测系统， 其特 征在于： 包括 基建管理单元(100)、 集中管控单元(200)、 数据管理单元(300)和综合应用单元(400)； 所述基建管 理单元(100)、 所述集中管控 单元(200)、 所述数据管 理单元(300)与所述综合应 用单元(400)依次通过网络通信连接； 所述基 建管理单元(100)用于对支撑系统运行的包括 但不限于仿生鱼、 计算机组件、 传感器、 智能技术、 通信手段等的基础设备进 行管理； 所述集 中管控单元(200)用于对仿生鱼及其内部各类功能设备的运行过程进行集中的调配管理； 所述数据管 理单元(300)用于 分别对仿生鱼在水下工作过程中采集的各类数据进 行处理分 析， 并结合水库的原始设计数据、 历史探测数据来对水库水域的安全情况进行全面分析； 所 述综合应用单元(400)用于根据探测数据及分析结果来对 水库水域的安全情况进 行评估并 依此制定个性 化的水库修复维管 方案； 所述基建管理单元(100)包括工作设备模块(101)、 智能传感模块(102)、 技术算法模块 (103)和无线传输模块(104)； 所述集中管控单元(200)包括电源管理模块(201)、 运动管理模块(202)、 直观检查模块 (203)和实质扫测模块(204)； 所述数据管理单元(300)包括影像数据模块(301)、 声呐数据模块(302)、 联合对比模块 (303)和全面分析模块(3 04)； 所述综合应用单元(400)包括安全评价模块(401)、 修复计算模块(402)、 计划定制模块 (403)和结构报告模块(404)； 该基于多波束声呐的全覆盖式水库 水域仿生鱼探测系统在运行时， 首先将机器仿生鱼 置于水库水域中， 机器仿生鱼在前视声呐、 卫星/惯性导航系统共同作用下， 通过控制器驱 动实现自主巡航运动， 巡航过程中水下高清摄像头实时摄录视野范围内的水库水域影像并 回传到主控机房， 技术人员查看视频图像并人工标注缺陷部位， 同时处理器通过人工智能 技术自动识别图像中可能存在异常的部位， 将人工标注和智能识别的部位进行对比分析， 通过训练优化提高智能识别的准确度， 机器仿生鱼巡航过程中通过环形多波束声呐实时扫 测水库水域底部、 侧面及堤坝， 对声呐数据进行 处理后重 建水库水域下实时的三维影像， 结 合所有数据全面准确分析缺陷目标情况， 依照分析结果定制最优的修复计划， 并整合探测 全流程的所有数据， 生成全面综合的结构性报告以便存档及上报。 2.根据权利要求1所述的基于多波束声呐的全覆盖式水库水域仿生鱼探测系统， 其特 征在于： 所述工作 设备模块(101)、 所述智能传感模块(102)、 所述技术算法模块(103)与所 述无线传输模块(104)依次通过网络通信连接； 所述工作设备模块(101)用于对加入系统的 各投入工作的电子设备进行连接及管控； 所述智能传感模块(102)用于通过布设在仿生鱼 内部的具有传感功能的装置采集仿生鱼运行过程中的外界环境状态数据； 所述技术算法模 块(103)用于载入多种智能技术 或算法来支撑系统的精 准运作； 所述无线传输模块(104)用 于通过多种无线的信号传输 /数据传输手段来支撑数据采集及系统运行的需求。 3.根据权利要求1所述的基于多波束声呐的全覆盖式水库水域仿生鱼探测系统， 其特 征在于： 所述电源管理模块(201)、 所述运动 管理模块(202)、 所述直观检查模块(203)与所 述实质扫测模块(204)依次通过网络通信连接且并列运行； 所述电源 管理模块(201)用于对 仿生鱼内部的电源工作及电能分配进行管理控制， 实时监测电源的电能余量， 并可以在电 能余量不足时按照预设程序返回到指定地点； 所述运动管理模块(202)用于通过控制器及权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114296086 A 2多种运动驱动装置对仿生鱼的水中运动过程进行集中的自动化管理； 所述直观检查模块 (203)用于通过获取水库水域内的清晰图形影像数据来直观地检查水库内部可能存在的缺 损问题； 所述实质扫测模块(204)用于通过多波束声呐扫测获取水库内部的高精度三维数 据以准确探测数库内部存在缺损部位的实质信息 。 4.根据权利要求3所述的基于多波束声呐的全覆盖式水库水域仿生鱼探测系统， 其特 征在于： 所述运动 管理模块(202)包括进退沉浮模块(2021)、 精准定位模块(2022)、 自主巡 航模块(2023)和自动避障模块(2024)； 所述进退沉浮模块(2021)、 所述精准定位模块 (2022)、 所述自主巡航模块(2023)与所述自动避障模块(2024)依次通过网络通信连接； 所 述进退沉浮模块(2021)用于通过处理器控制仿生鱼的各驱动装置来控制仿生鱼的前进、 后 退、 上浮、 下沉、 转向等运动的动作； 所述精准定位模块(2022)用于通过定位装置及深度传 感器来获取仿生鱼实时的准确定位信息， 以便准确进行运动导航， 并可在发现水库底部存 在异常情况时准确判断异常部位的位置； 所述自主巡航模块(2023)用于通过 处理器和控制 器， 结合管道水库的原始数据/历史探测数据、 卫星导航/惯性导航系统， 驱动仿生鱼在水库 水域内进行自主巡航； 所述 自动避障模块(2024)用于在仿生鱼 的前端处搭载前视声呐， 以 实现仿生鱼运动过程中的实时自动避障， 并对仿生鱼前进方向的水域情况进 行粗略扫测以 补充精测的数据源。 5.根据权利要求1所述的基于多波束声呐的全覆盖式水库水域仿生鱼探测系统， 其特 征在于： 所述影像数据模块(301)与所述声呐数据模块(302)通过网络通信连接且并列共 存， 所述影像数据模块(301)、 所述声呐数据模块(302)的信号输出端与所述联合对比模块 (303)的信号输入端连接， 所述联合对比模块(303)的信号输出端与所述全面分析模块 (304)的信号输入端 连接； 所述影像数据模块(301)用于对通过水下高清摄像头获取的水库 水域的图像或影像数据进行处理分析并识别标注存在异常的部位； 所述声呐数据模块 (302)用于对通过多波束声呐获取的水库水域的声呐数据进 行处理分析并重 建实时的水库 三维影像情况； 所述联合对比模块(303)用于将水库的原始数据、 历史历次探测数据、 实时 探测的图形影像资料及三维声呐数据一一对应起来进行对比分析； 所述全面分析模块 (304)用于根据分析结果， 从异常部位的位置定位、 类型定性、 缺陷尺寸定量等方面， 对探测 出的水库水域异常情况进行全面分析。 6.根据权利要求5所述的基于多波束声呐的全覆盖式水库水域仿生鱼探测系统， 其特 征在于： 所述影像数据模块(301)包括人工标识模块(3011)、 图像处理模块(3012)、 智能识 别模块(3013)、 校准补充模块(3014)和学习训练模块(3015)； 所述人工标识模块(3011)与 所述图像处理模块(3012)通过网络通信连接且并列运行， 所述图像处理模块(3012)的信号 输出端与所述智能识别模块(3013)的信号输入端 连接， 所述智能识别模块(3013)的信号输 出端与所述校准补充模块(3014)的信号输入端 连接， 所述校准补 充模块(3014)的信号输出 端与所述学习训练模块(3015)的信号输入端 连接； 所述人工标识模块(3011)用于由技术人 员通过人工方式对水库水域内部的图片或视频中肉 眼可判断的缺陷进 行识别并标记； 所述 图像处理模块(3012)用于对视频或图像进 行降维、 均值滤波、 彩色二值化等预处理， 以使图 像数据适用于智能图像识别技术可清晰识别的格式； 所述智能识别模块(3013)用于通过人 工智能的图像识别技术对