侧扫声呐声波掠射角对海底管道检测的影响

在侧扫声呐系统检测海底管道的过程中,声波掠射角是影响检测效果的重要因素。本文针对影响侧扫声呐声波掠射角的主要因素进行了系统研究,推导出声波掠射角与其影响因素的关系表达式,并给出了考虑管径条件下海底管道悬空高度的计算式;进行了不同声波掠射角下侧扫声呐系统检测海底管道的试验,试验结果表明,当侧扫声呐声波掠射角介于14°~20°时,检测效果最好,声波掠射角过小或过大,均会使检测结果出现较大误差。     

扫海利器——合成孔径声呐系统

常规的侧扫声呐系统可用于探明海底地貌及水下障碍物,但受设备硬件及海洋环境的影响,一般多应用于近岸浅海区域,且常规侧扫声呐系统扫测量程短(通常100 ～ 400 m左右),在深海则显得有点"力不从心",不适合大范围、大面积的深海区域扫海作业.     

多波束与侧扫声呐高质量测量信息获取与叠加

正多波束声呐和侧扫声呐分别是目前获取海底地形与地貌图像最为有效的设备。多波束声呐可以同时获得海底测深地形与分辨率较低的海底图像,侧扫声呐可以获取高分辨率但位置精度较低的海底图像。为了准确获取海底精细的地形地貌信息,本文分别从多波束测深数据处理、多波束声呐图像处理、侧扫声呐图像处理、测深地形与侧扫声呐图像的叠加4个方面开展研究,最终得到     

海底管道声呐图像去噪方法比较分析

为更好地分割海底管道声呐图像,需对其进行滤波处理。根据声呐图像的主要噪声类型,给出了空间域和多尺度变换域滤波的主要算法,以实测海底管道声呐图像为例,采用主观效果和定量评价相结合的方式,对比分析了各方法的实际滤波效果,得出了最优声呐图像滤波方法。     

海底管线GIS管理系统设计与实现

为便于石油和天然气运输,人们在海底布设了大量的管道,为了监测管线的稳定性,需要利用多波束、GPS定位、侧扫声纳和浅地层剖面等系统等对管线及其周围水域的水深、地貌、地质情况进行定期测量,这些信息对于分析管线的稳定性、管线的维护、维修、更新以及后续的开发监测等均具有重要的作用,为了有效地管理这些信息,本文从多源数据库的构建、海底地形的可视化、管线时空分析模型的构建几个方面展开研究,研制了海底管线GIS管理系统。目前,该系统已经在中国某海域的海底输油管线管理中得到了实际应用,成功实现了海量海底管线调查数据的高效管理和三维可视化,为海底管线数据安全状况的科学评估提供了极具价值的辅助决策信息。     

不同型号侧扫声呐分辨能力和扫宽能力的比较分析

侧扫声呐是海洋科学调查中常用的仪器设备,针对此类声学探测设备出台相关检测、检定等计量化的标准势在必行。本文介绍了侧扫声呐的工作原理和技术参数,针对侧扫声呐分辨能力和扫宽能力这两个性能指标,提出了一种评价方法。最后通过海上试验,对比分析了3种常用的侧扫声呐仪器的分辨能力和扫宽能力,为侧扫声呐系统的选用和引进提供参考。     

侧扫声呐图像海底线自动提取方法研究

针对现有方法在侧扫声呐水柱区图像受发射脉冲、海面回波、尾流及大面积悬浮物等干扰情况下海底线无法自动准确检测和提取,造成斜距改正后目标图像严重畸变和错位等问题,基于侧扫声呐成像机理以及图像特点,提出了海底线最后峰值检测法和基于海底变化渐进性和海底线对称性的海底线修复方法。结合Kalman滤波以及上述方法的特点和适用对象,提出了一种海底线自适应综合检测和提取的方法,并给出了完整的数据处理流程。该方法应用于烟台水域,消除了海况差、悬浮物遮挡等问题的影响,实现了复杂海洋噪声影响下海底线的自动跟踪。与外部测深数据比较,取得了均方根为±0.17 m的跟踪精度。     

Teledyne Benthos TTV-301声学深拖系统在海底微地形地貌调查中的应用

介绍Teledyne Benthos TTV-301声学深拖系统的构成、海上作业模式以及声学数据获取方式,以南海某海域实测声学数据为例,对获取的多波束水深数据、侧扫声呐数据、浅地层剖面数据进行精细处理,获取高质量的水深图像、高分辨率的侧扫声呐图像和高精度的浅地层剖面图像。对同一海底微地形微地貌在不同声学影像上的反射标识进行对比分析,建立声学3D模型,形成海底浅表层的立体探测。实验结果验证了声学深拖系统在海底微地形地貌调查中的有效性与可行性,并可取得理想的效果。     

侧扫声呐系统和网络RTK技术在人工鱼礁探测中的应用

侧扫声呐系统因可连续、全覆盖地获取海底地形和水下目标的声学图谱影像,在海洋测量、海洋工程勘探和水下考古等领域得以广泛应用。本文以大连西沙坨子周边海域的人工鱼礁投礁区为实例,在网络RTK技术的支持下,详细介绍了侧扫声呐系统探测人工鱼礁的方法和过程,并将侧扫测量结果与投礁区投礁前的海底地形侧扫数据进行了对比,同时,与投礁后潜水员下潜投礁区拍摄的影像资料进行了印证。结果表明,该方法获取的侧扫声呐声学图像不仅能直观、形象、准确地对人工鱼礁进行判读和提取,还能确定人工鱼礁的空间位置和掌握人工鱼礁在海底的空间布局,是一种行之有效的人工鱼礁探测方法。     

侧扫声呐条带数据处理及其无缝成图

受测量机理的制约,侧扫声呐拖鱼位置及姿态难以准确获得,这也使得侧扫声呐图像长期用于定性分析,而忽略了其精处理工作。本文针对瀑布图像存在的各种畸变、使用不直观等问题,从侧扫声呐成图机理出发,对侧扫声呐条带数据处理方法开展了系统研究,形成了一套集海底追踪、斜距改正、拖鱼归位计算、地理编码、缝隙填补等技术为一体的综合方法,最终形成了一幅消除了各种畸变、灰度均衡、目标轮廓清晰、具有直观坐标信息的高质量无缝侧扫声呐地貌图像。     

侧扫声呐数据采集与地貌图像构建

针对水下航行器基于地形匹配实现自主导航时需要在线提取环境地形特征的需求,本文重点研究侧扫声呐实时数据采集与地貌图像构建方法。根据侧扫声呐的工作原理及其JSF文件格式,提取侧扫声呐扫描波束所对应的80数据帧,并完成数据解析;建立声呐扫描声强与灰度级转化模型,并构建环境地貌声学图像;通过海试试验结果与侧扫声呐专用软件所生成的地貌图像对比,验证本文方法的有效性和可行性。     

海底管道检测数据平面偏差与管道状态分析研究

当前海底管道研究内容主要集中在检测方法、管道三维模拟和系统建设方面,对检测数据分析与方法讨论较少.本文介绍了海底管道检测数据来源及其内容,讨论了海底管道节点平面偏差分析原理,对不同测次管道平面偏差比较的采样点选取展开研究,并分析了海底管道状态成果数据编制与历次管道状态比较内容,对管道状态区间跨度计算存在的情况进行详细讨论,同时给出相应的解决方法.本研究成果已应用于杭州湾海底管道检测数据分析,为其他海底管道检测数据分析提供借鉴与参考.     

利用无人船测量系统检测钱塘江护岸工程水下块石

水下块石检测与识别作为钱塘江海塘护岸工程的关键环节,对保障板桩施工工效至关重要。本文首先在研究无人船测量系统岸基通信、数据采集核心技术基础上,推导了NORBIT多波束声呐分辨率估计模型及附加块石粒径约束条件的最大波束开角、最小数据更新率、最大航速间的关系式和推荐值;然后结合钱塘江水下多波束扫测点云数据三维特性,对区域生长算法进行改进,以实现块石点云识别和提取。工程实践结果表明,优化的无人船测量系统多波束声呐参数可实现水下细小块石精准检测,能如实反映水下块石及周边微地形地貌真实情况,改进的区域生长算法能从众多河床点云数据中高效提取水下块石点云,为板桩施工提供准确的块石分布情况,具有很好的工程应用意义。     

侧扫声呐识别沉船影像的迁移学习卷积神经网络法

侧扫声呐海底沉船图像识别是水下障碍物核查和失事船只搜救中的一项重要工作.针对传统侧扫声呐图像人工判读存在效率低、耗时长、资源消耗大及主观不确定性强和过分依赖经验等问题,本文尝试引入卷积神经网络的方法,同时考虑到侧扫声呐沉船图像属于小样本数据集,提出一种基于迁移学习的卷积神经网络侧扫声呐沉船图像自动识别方法.通过归一化处理、图像增强等方式扩充样本数据,并以4:1的比例划分训练集和测试集,同时参照经典VGG-16模型,根据侧扫声呐沉船数据集特点设计了改进的模型,然后将在Ima geNet图像数据集上训练好的改进模型在小样本侧扫声呐沉船数据集上采用冻结和训练、微调两种迁移学习方式进行学习和试验,并与全新学习进行比较分析,结果表明,3种方法对侧扫声呐沉船图像识别的准确率分别为93.71％、84.49％ 和90.58％,其中第1种迁移学习方法准确率最高,模型收敛速度最快,且AP值最高为92.45％,分别比第2种迁移学习方法和全新学习高了8.06％ 和3.06％,在提高模型的识别能力和训练效率方面效果更佳,验证了该方法的有效性与可行性,具有一定实际指导意义.     

多波束贴近探测在海管悬空病害治理中的应用

在复杂的海洋生态环境下,随着海底管道服役年限的增加,海底管道的裸露、悬空病害现象显著,严重威胁着海洋石油生产安全。为了准确评价海管悬空病害发育程度,指导治理工程施工作业。采用水下机器人（ROV）搭载多波束测深仪,开展近距离探测的方法。确定了海底管道准确的悬空段位置、悬空高度及悬空长度,引导了悬空抛石治理作业,评价了治理效果。结果表明：ROV搭载多波束测深仪能近距离贴近管道,完成精细化探测,避免海面波浪、潮涌对多波束探测的影响,较为准确地评价病害程度并指导治理施工。     

一种侧扫声呐图像去噪及均衡化综合处理方法

侧扫声呐在测量过程中易受其他作业船只及作业船速、尾流、增益参数设置等因素的综合影响,导致其图像存在多种噪声干扰及辐射畸变问题,传统方法难以有效滤除,严重影响海底地物和目标的判读。本文根据侧扫声呐图像的特点,提出了一种新颖的去噪及均衡化综合处理方法。与传统方法相比,综合法处理后图像熵值减小,峰值信噪比增大,且目标形状得到了有效保持,实现了侧扫声呐图像的高质量获取。     

软式扫浅在大唐煤码头疏浚工程中的应用

通过分析DGPS和信标系统在疏浚工程中的缺陷,以及软式扫浅在疏浚工程中所具有的优势,介绍了软式扫浅的基本原理和构架,以及在大唐煤码头工程中的应用,为其在疏浚工程中的应用起到参考作用.     

声学深拖系统在海底冷泉调查中的应用

结合冷泉区天然气羽状流气柱的特征和已有的探测成果,文中使用新型的声学深拖在疑似冷泉点附近开展试验性调查。利用搭载在深拖上的高分辨率侧扫声呐和Chirp型浅地层剖面仪及多波束系统获取冷泉点附近的侧扫声呐数据、海底浅部地层剖面数据及多波束水体数据。3个疑似冷泉在侧扫声呐图像上呈现明显的亮斑,多波束水体数据可探测冷泉并确定冷泉位置,在浅地层剖面数据上可见清晰的声学反射空白带,指示天然气水合物的运移通道,同时在冷泉点3附近还发现一个新的冷泉异常点。研究结果表明,采用深拖作业,结合多种声学技术手段,可对冷泉目标物进行立体声学探测,为冷泉的快速勘查与识别定位提供科学可靠的技术依据,验证先前调查手段和分析方法的正确性。     

声呐检测系统在排水管道淤积调查中的应用

城市排水管道担负着城市排涝除渍、治污环保的职能,排水管道淤积极易导致严重内涝。声呐探测系统通过声呐探头发射声波和接收反射回波判断管道断面的管径、沉积物形状和变形范围,适用于充满度高的污水管道。通过采用声呐检测系统调查污水管道冒溢原因,管道淤积检测结果与人工量测埋深结果一致,并利用管道沉积状况纵断面图估算管道淤积量。由于其具有检测简单、成本低、效果好等优点,可有效指导和评估日常管道疏捞养护工作。     

一款侧扫声纳数据处理软件的研发与应用

从侧扫声纳及其数据处理的原理和方法出发,自主开发了一款侧扫声纳数据处理软件,可实现侧扫声纳原始数据自动格式解析、参数提取统计、质量检查、瀑布图显示、增益调整、斜距校正等功能,并能够在侧扫声纳数据瀑布图回放的同时进行镶嵌图的制作。该软件系统已在国家海洋信息中心对我国近海海洋综合调查与评价(908)专项的侧扫声呐数据处理工作实践中得到应用,并收到较好的效果。