侧扫声呐海底管道检测关键技术研究

发布时间：2020-05-27 17:24

【摘要】：海底管道作为输送石油、天然气的重要载体,长期铺设于海底,受海底复杂环境的影响常常会出现悬空裸露等现象,存在巨大的安全隐患。目前对海底管道状态的检测多依赖于侧扫声呐、管线仪等声学设备,根据探测得到的声学图像直观的判断海底管道的存在状态,效率低、准确性差。本文基于侧扫声呐检测海底管道做了系统的研究,并获得了初步成果。主要研究内容有:(1)针对现在各类资料对侧扫声呐成像原理的众多解译,重新梳理了其正确的成像机理,分析了其发射信号形式及其适用性,区分了侧扫声呐系统几个性能探测指标的概念并分析了其影响因素。(2)设计了完整的外业数据采集流程和方法,利用侧扫声呐系统采集了原始实验数据,分析了海底管道在声呐图像上存在的几种状态,根据实测侧扫声呐图像和水深数据对海底管道状态做了初步的解译。(3)为更准确评估海底管道的存在状态,对原始XTF格式侧扫声呐数据进行了解码,分析了从数据解析到形成侧扫声呐地理编码图的每一步,提出了联合单波束的海底线检测方法,经过各项改正后得到了消除各种畸变的侧扫声呐地理编码图,最后将各部分算法进行了封装和集成,形成了一套海底管道侧扫声呐数据可视化系统,能快速查看、提取和处理原始数据中包含的所有信息。(4)以得到的侧扫声呐图像为基础,探讨了声呐图像常见的噪声类型,针对性的研究了侧扫声呐图像的去噪算法和分割算法,发现基于Ping滤波效果最好的为维纳滤波,基于图像滤波效果最好的为双边滤波;针对侧扫声呐图像分割主要研究了模糊聚类分割算法和阂值分割算法,结果表明针对本文实验数据聚类算法效果不佳,提出了基于双阈值的直方图双谷法,并与其他阈值分割算法对比分析,结果表明双阂值Ostu算法结果最优;根据分割后的声呐图像,提出联合管道自阴影的形状恢复方法,利用边缘检测效果最好的Canny算子提取阴影和目标边界坐标,判断海底管道状态并计算其悬空裸露高度,从而恢复海底管道形状,并与实测管道单波束断面数据对比分析,验证了本文方法的有效性,最后将图像处理各算法集成开发一套海底管道检测处理软件。
【图文】：

２．２．１侧扫声呐的系统组成逡逑侧扫声呐系统由几个子系统组成，主要包括拖鱼、甲板单元、拖缆、计算机和ＧＰＳ逡逑等（下图２．１），有时为精确测定目标位置等需要，还会有辅助的外围传感器如姿态仪、逡逑声速仪等。逡逑辅助传感器逡逑姿态仪逦压力传感器逦声速剖面仪逡逑甲板单元逦ＳｏｎａｒＷｉｚ／Ｔｒｉｔｏｎ逡逑ＧＰＳ＾＾逦拖缆和绞车逦计算机逡逑逦邋拖鱼逦绘图仪逡逑超短基线系统逦逦邋逦逡逑逦１逦计算机逦打印机逡逑定位系统逦懫集系统逦数据处理系统逡逑图２．１侧扫声呐的系统组成逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｉｄｅ邋ｓｃａｎ邋ｓｏｎａｒ逡逑１）

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【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P756.2

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本文编号：2683880