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申请/专利权人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院;中国安能集团第二工程局有限公司

摘要：本发明公开了基于车载平台和水下机器人的堤坝渗漏险情快速处置装置，涉及堤坝工程渗漏险情抢护技术领域。本发明与之前的堤坝渗漏封堵装置相比，改进了现有设备机动性较差、易出现材料一次性供应不足的情况，且对于较大的渗漏点封堵效果不佳的问题，通过数字孪生技术与生成对抗网络相结合，基于学习的重构点特征进行渗漏点特征重构，还通过特征加强算法提升渗漏点特征的质量，同时通过激活函数解决了模型梯度消失的问题，最终进行相应的封堵材料投放量预测，能够解决堵漏材料一次供应不足的问题，且利用水下机器人定位操纵进行精准堵漏，大幅提升了堵漏材料的有效利用率，且装置灵活机动、适用性强，能够满足较大漏洞和渗漏点群的快速处置。

主权项：1.基于车载平台和水下机器人的堤防渗漏险情快速处置装置，其特征在于，包括：车载平台（1）、机械臂（2）、材料储备舱（3）、输送管（4）、水上信标（5）、水下机器人（6）和中控模块（7）；所述车载平台（1）为整个装置的载体，用于搭载装置各个模块进行移动；所述机械臂（2）安装于车载平台（1）上，用于进行旋转延伸，所述机械臂（2）端头连接有水下机器人（6）；所述材料储备舱（3）安装于车载平台（1）尾部，用于提供渗漏点封堵的材料；所述输送管（4）沿机械臂（2）布置，连接材料储备舱（3）和水下机器人（6），用于输送封堵材料；所述水上信标（5）连接水下机器人（6），用于为水下机器人（6）提供定位的水上参照物；所述水下机器人（6）用于进行堤防渗漏险情的判断，并控制材料投放模块（670）进行渗漏点封堵材料的投放；所述中控模块（7）用于对装置信息进行传输、处理和控制；所述水上信标（5）包括浮标体（510）、定位模块（520）、系揽模块（530）；所述浮标体（510）漂浮在水面上，作为整个水上信标（5）的载体；所述定位模块（520）用于实时定位浮标体（510）的位置坐标；所述系揽模块（530）包括系缆绳（531）、收放模块（532）和系缆传感器（533）；所述系缆绳（531）用于连接浮标体（510）和水下机器人（6）；所述收放模块（532）用于使系缆绳（531）随着水下机器人（6）移动进行缩放，使浮标体（510）和水下机器人（6）之间的系缆绳（531）保持张紧状态；所述系缆传感器（533）用于获取系缆绳（531）放出的长度和角度；通过系缆绳（531）放出的长度和放出角度计算水下机器人（6）与水上信标（5）的相对位置，再利用水上信标（5）实时获取的定位数据，计算出水下机器人（6）的空间位置；由此定位或操纵水下机器人（6）位置；所述水下机器人（6）包括检测模块（610）、推进模块（620）、机械手（630）、清理模块（640）、视频模块（650）、喷墨模块（660）、材料投放模块（670）；所述检测模块（610）包括地下水位传感器、渗流速率监测仪器和水下地质雷达；所述地下水位传感器用于对地下水位进行实时监测，所述渗流速率监测仪器用于测量堤防内水流速率，并进行实时监测；所述水下地质雷达用于对视频模块（650）探测的渗透点进行探测；所述推进模块（620）用于为水下机器人（6）提供动力，控制水下机器人（6）运动；所述机械手（630）控制进行夹取和旋转操作，用于在水下环境中进行定位和操作输送管（4）操作；所述清理模块（640）用于通过刮平器和毛刷清理杂物；所述视频模块（650）用于摄录水下影像；所述喷墨模块（660）用于喷射颜料指示渗漏水流向，进而发现渗漏点；所述材料投放模块（670）包括保温柔性护边，连接输送管（4）端部，用于释放封堵材料；所述中控模块（7）基于水下机器人（6）的检测模块（610）采集的数据模拟分析渗漏点特征并计算封堵材料的投放量；所述中控模块（7）接收水下机器人（6）的检测模块（610）的检测反馈信号，并通过数字孪生技术进行堤防渗漏点的特征模拟，基于生成对抗网络对渗漏点特征进行重构，并以此计算封堵材料的投放量，同时基于迁移学习的方式预测堤防未来可能渗透点的位置及对应特征；所述生成对抗网络中，使用LSTM网络建立生成对抗网络框架中的基础模型，对采集的渗漏点特征进行加强，并同时应用于生成器和判别器中：将前一个隐含层的图像特征转化为两个特征空间函数，经softmax归一化得到特征图： 其中，、表示学习权重；表示第个位置数据；表示第个区域数据；表示卷积通道的宽度与高度的乘积；将得到的特征图经1*1卷积单元进行逐像素点相乘，得到特征加强的特征图，将特征图的输出乘以比例参数并添加回输入特征图： 其中，为特征图最终输出；将模型的生成器中除最后一层外均使用整流型线性单元作为激活函数，生成器最后一层使用双曲正切激活函数，判别器中除最后一层均使用渗漏整流型线性单元作为激活函数，判别器最后一层使用Sigmoid激活函数，以此构建对抗生成网络进行渗漏点特征重构。

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