科创中国

该项目主要目标是制造一种采用旋转移动探头的全景超声波深井侧壁检测设备。与现有基于固定探头的超声波反射探测仪器相比, 所研制设备采用旋转移动超声波探头，通过对多路回波信号的综合分析，可以检测到 360°全方位的完整深井侧壁信息,从而获得更科学和精确的深井侧壁参数,并利用点云技术实现侧壁的三维建模和可视化展示，使用户可以更直观地观测到侧壁缺陷位置和大小等信息。所研制设备主要应用于公路、铁路、桥梁、公共基础设施等大型建筑的施工中。在深井灌桩的钻孔过程中对成孔的直径、垂直度、侧壁裂缝、暗沟、崩塌情况、地质结构和岩层强度等进行全面检测。在施工作业中钻孔发生异常时，也可以利用该设备还原井下侧壁情况以便给施工者的现场处理和下一步决策提供依据。该设备有助于提高钻孔质量，减少施工工期和施工费用。

1.基于旋转移动探头的 360°全方位超声波深井侧壁检测技术该设备的基本工作原理是：首先通过升降绞车将探头放到深井底部，然后在 PC 端上位机的控制下，绞车控制系统控制电缆绞盘带动探头匀速上升，探头周期性地将成孔深度和上升速度等信息发送给上位机。探头中的声纳测量系统控制旋转机械结构带动超声波传感器匀速旋转，周期性地发送超声波，检测超声回波的强度和传输时间，并将回波强度和时间等信息发送给 PC 端的控制系统中。控制系统收到钻孔深度、上升速度、回波强度和收发时间等参数后，经过计算，获得成孔侧壁形状、地质状况、坍塌、倾斜等参数，也可以将这些信息合成钻孔的全景图像，从而能够直观地显示成孔质量移动探头中的超声波传感器旋转一圈过程中，每转过一定的角度就发出一个超声波脉冲信号。旋转一周的过程中一共发射 300 个脉冲信号，可以采集一圈中 300 个点的数据。深井检测设备根据这些数据即可描绘出该深井测某个截面的状况。超声波传感器在旋转的过程中匀速上升，就可以逐层画出深井侧壁的截面图，从而为上位机生成该钻孔的三维立体画像提供依据

我国一贯重视基础设施建设，有“基建狂魔”的称号，并且的中

国的基础设施建造能力也是世界首位的。根据十九届中央委员会第五

次会议通过的国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年

远景目标建议，2020-2025 年新基建投资将达到 15 万亿元人民币，

年均复合增长为 9%，而以“铁公基”（铁路、公路、基础设施）为代表

的传统基建仍然占新基建投资的主要份额（

33.7%）。因此，在今后

的五到十年内，国内的高铁、高速公路、高架桥梁、高楼、高塔、码

头、水利设施等大型建筑仍然会保持高速增长趋势，作为大型建筑重

要基础的钻孔灌注桩的建造数量也会持续增长，为钻孔进行保驾护航

的深井检测设备必将具有广阔的市场前景。

以高铁为例，中国的高铁可以说是“架在地面上的长距离高架桥

梁”。为了防止地质沉降，高铁每隔 20~50M 都要建造左右两个“桥

墩”，而桥墩的建造工程都需要先钻孔再下钢筋笼最后浇灌水泥，这

些都对深井检测设备有迫切应用需求。至 2020 年底，中国高铁总里

程达 37900 公里。根据国家铁路局的《

“十四五”铁路发展规划》，中

国高铁路线仍将持续兴建，预计到 2025 年将建成约 60000 公里的高

速铁路网，即今后 5 年内将再增长 22000 公里，相应的“桥墩”将建造

近 200 万个。在此施工过程中，必将对深井检测设备有迫切的需求。

根据铁路、公路等基础设施和各类大型建筑的建设形式和规模估算，

团队依托于计算机科学与技术学院智能媒体与数据工程研究所，团队聚焦“计算机科学与技术”双一流建设学科的“数据科学与知识工程”方向，着重服务于国家大数据战略发展需求，以“数据为驱动，应用为导向”，面向海量、多源、异构、高维复杂数据，研究大数据采集、处理、分析、挖掘和应用等中的关键科学问题和主要技术瓶颈。研究所现有教师 33 人，其中教授 10 人，副教授 13 人。国家优青 1人，陕西杰青 1 人，陕西省特支计划领军人才 1 人，享受国务院特殊津贴 1 人，教育部科技委学部委员 1 人。具体负责“超声波深井侧壁检测设备”项目的团队包括李龙海、付少锋、马志欣和陈勉 4 人。项目负责人：李龙海，西安电子科技大学计算机科学与技术学院副教授、硕士生导师。2008 年在西安电子科技大学获密码学博士学位。2017 年 12 月至 2019 年 3 月作为国家公派访问学者赴英国埃克塞特大学从事访问研究。现任计算机工程系系主任。在嵌入式系统开发方面具有深厚技术积累。主持或参与过多项计算机输入输出设备方面的国防预研项目、重大专项子课题、

周期性地发送超声波，检测超声回波的强度和传输时间，并将回波强度和时间等信息发送给 PC 端的控制系统中。控制系统收到钻孔深度、上升速度、回波强度和收发时间等参数后，经过计算，获得成孔侧壁形状、地质状况、坍塌、倾斜等参数，也可以将这些信息合成钻孔的全景图像，从而能够直观地显示成孔质量移动探头中的超声波传感器旋转一圈过程中，每转过一定的角度就发出一个超声波脉冲信号。旋转一周的过程中一共发射 300 个脉冲信号，可以采集一圈中 300 个点的数据。深井检测设备根据这些数据即可描绘出该深井测某个截面的状况。超声波传感器在旋转的过程中匀速上升，就可以逐层画出深井侧壁的截面图，从而为上位机生成该钻孔的三维立体画像提供依据

主要应用于公路、铁路、桥梁、公共基础设施等大型建筑的施工中。在深井灌桩的钻孔过程中对成孔的直径、垂直度、侧壁裂缝、暗沟、崩塌情况、地质结构和岩层强度等进行全面检测。在施工作业中钻孔发生异常时，也可以利用该设备还原井下侧壁情况以便给施工者的现场处理和下一步决策提供依据。该设备有助于提高钻孔质量，减少施工工期和施工费用。