三维声呐成像系统在防波堤水下安装块石中的运用

防波堤工程水下块石安装的效率及安全是工程中至关重要的部分,而传统的安装方法和检测手段存在严重不足。三维实时声呐成像系统有效克服了传统方法的弊端,具有实时、高效、清晰、保证人员安全的优势。并且能够在水下能见度极低、海况条件差等复杂条件下正常工作。以以色列阿什杜德港防波堤工程为例,总结利用水下三维声呐成像系统安装人工护坡块石所采取的技术与控制措施,具有较高的适用和推广价值。

基于三维声呐成像技术检测桥梁水下构件缺损研究

传统的桥梁水下构件检测一般采用声、光两种方法。在水下,声波信号与光学成像相比,具有传输距离远、受水文条件影响小等优势。当声波遇到桥墩、承台或桩基的反射,回波信号被声呐接收器接收后,可根据信号时延和强度形成图像。鉴于此,提出了一种针对桥梁水下构件的三维成像声呐算法,通过算法处理后,在系统中显示桥梁水下构件的三维图像,并得到桥梁水下构件的缺损情况三维图像信息。

点云投影结合轻量化卷积神经网络实现三维成像声呐快速目标分类

三维成像声呐的成像结果是三维点云,基于点云的三维成像声呐目标分类方法具有网络结构复杂、计算量大的特点。针对这一问题提出了一种将三维成像声呐成像结果从三维点云投影至二维图像的方法,并且使用轻量化卷积神经网络实现了三维成像声呐快速目标分类。该方法首先对三维成像声呐波束形成后的波束域数据进行最大值滤波和阈值滤波,以降低点云数据维度;接着,依据三维成像声呐的波束方向,将点云投影为深度图和强度图,分别保存点云的位置信息和强度信息;然后,利用深度图和强度图分别作为第一个通道和第二个通道构建混合通道图,将混合通道图作为目标分类网络的输入,从而将三维点云的目标分类问题转换为二维图像的目标分类问题;最后使用MobileNetV2网络实现了三维成像声呐快速目标分类。实验结果表明,提出的投影方法可以用二维图像分类网络完成三维成像声呐点云的目标分类任务;而且训练过程中混合通道图比单独的深度图和强度图收敛速度更快,结合目标分类网络可以实时进行目标分类,在真实数据集上分类正确率达到了91.13%。

三维成像声呐在海洋工程安装项目中的应用

随着海洋工程的需求,水下三维成像技术在水下探测、海底物体识别得到了广泛应用。三维成像技术是近年发展起来的一种海洋探测新技术,其具有高精度、高分辨率、实时成像的特点,其能直接获得水下目标物的三维图像,更加直观地反映所观察的水下目标物的空间状态。文中是将三维成像声纳应用于海底地形平整度检测中,检测挖沟设备吹泥情况,为吹泥作业实时提供海底高程数据,测量平台安装区域海底地形平整度。

三维成像声呐技术在古桥水下基础探查中的应用

采用三维成像声呐技术对杭州拱宸桥水下基础进行检测,在低可见度河水中获得水下基础高分辨率三维全景图像,查明了水下基础的结构形式及存在病害,取得了较好的应用效果,为管理养护和水下基础病害整治提供重要依据。

三维成像声呐的设计与实现

讨论了一个三维成像声呐的系统结构、成像原理及其软件、硬件设计与实现中遇到的有关技术问题.由于采用了二维面阵,该系统可以在一次发射中获取一系列二维回波序列图像,处理单元则据此二维序列图像合成完整的三维声像.本系统的二维面阵由16×8个基元构成,跟随有128通道信号调节器(放大、滤波、自动增益控制等),其后是128通道并行A/D转换器和缓存.该128路并行数据经并/串转换及接口,通过光纤传至水上单元,经由水上单元的PC机及DSP处理器进行三维图像重建及显示.软件由三维成像模型及并行波束形成和聚焦算法构成.虽然该系统是为水下机器人声视觉而设计的,其在海洋工程和水下防卫中具有广泛的应用价值.

基于最近点迭代的水下三维声图增强算法

由于复杂的水下环境和声呐硬件的限制,三维成像声呐(3DIS)图像质量较差,表现为图像目标表面点的稀疏和缺失。为了提高图像质量,我们提出了一种基于配准和融合的目标增强方法。迭代最邻近点(ICP)算法是经典的点云配准算法,是一种用于配准2个或多个点云数据集的迭代优化方法。ICP方法可直接用于点云数据,具有实施简单、迭代速度快的优点。该算法通过对齐和融合的方法叠加多帧点云来增强点云,可以改善目标点云稀疏和缺失的问题。实验结果表明,我们提出的增强方法能有效增强声呐图像,提高三维声呐图像的质量和可理解性。

声呐三维成像技术在新型护面块体ACCROPODE^(TM)Ⅱ安装中的应用

针对传统护面块体安装方法在海况恶劣、安装标准高时容易造成块体安装精度不足、勾连嵌套不理想、安装质量难以保证等问题,结合某海外防波堤工程,介绍声呐三维成像技术-Echoscope系统的结构组成和工作原理,以及新型护面块体ACCROPODE^(TM)Ⅱ的安装要求。运用声呐三维成像技术以及GPS-RTK定位技术,解决了波浪条件恶劣的工况下新型护面块体ACCROPODE^(TM)Ⅱ水下安装精度控制问题,同时大幅提高了护面块体水下安装的施工效率。

三维成像声呐目标回波建模仿真及分析

针对三维成像声呐成像及后续图像处理背景下存在实际场景数据难获取的问题,提出海底混响场景下实际目标建模模型和回波信号仿真的方法。文章首先建立了浅海楔形海底的线状目标回波模型,然后基于射线声学混响模型,采用信道卷积法推导得到理想环境下的回波信号以及浅海环境混响干扰下的回波信号,最后对回波信号进行三维波束成像和三角网重建,并对有无混响下的成像结果进行对比分析。仿真结果表明该方法得到的回波信号能够正确地体现目标的轮廓特征和位置信息,极大的降低了实验成本。

基于快速双边滤波法的三维成像声呐在海底管道检测中的应用

文章以三维实时声呐(Echoscope C500)为例,经过对其获取的实时数据进行一种基于数字图像噪声处理的快速双边滤波法处理后,使三维声呐数据提供目标更精确的姿态信息。通过同一位置上浅地层剖面仪和三维声呐各自数据的对比,说明三维声呐相较于传统测量设备的优势,可以作为水下管道测量的一种技术支持。

三维成像声呐平面基阵稀疏化目标函数的设计

为使具有稀疏阵的三维成像声呐在成像信噪比、角分辨率及稳定性方面均具有良好的性能,提出包含主副瓣比、旁瓣高度和、主瓣宽度、通道间幅相误差4个因素的评价函数。改进优化过程,在保证阵增益、降低阵元失效影响的同时,使优化结果对幅相误差不敏感。通过对不同优化过程及实验结果进行分析,验证提出的目标函数可以使三维成像声呐具有更好的综合性能。

不同水下特征对三维成像声呐扫测影响的室内试验研究

针对三维成像声呐相关检测指标缺乏试验验证的问题,通过室内模型探讨不同尺寸的立方体与圆柱体试块、不同边界材质和带有缺陷的圆柱形木桩对三维成像声呐扫测结果的影响。研究表明:三维成像声呐系统可有效识别到厘米级的不同形状物体;在对光滑且质地坚硬物体扫测时,声波信号会发生镜面反射导致无法获取有效数据;可有效识别尺寸大于等于5 cm的缺陷并判定缺陷形状和位置。研究成果可为实际工程应用提供参考依据。

Blue View 5000型三维成像声呐在桥梁墩柱结构水下检测中的应用

本文主要介绍了Blue View 5000型三维成像声呐的组成和基本工作原理及其在桥梁墩柱结构水下检测中的应用。根据实际结果显示,三维成像声呐能够通过多站扫测的方式快速、精确地获取桥梁墩柱结构在水下的具体信息,同时能够对桥墩附近河床地形进行探测,为桥梁运营维护提供数据支撑。

一种低功耗三维成像声呐接收机设计

针对三维成像声呐的特点,设计了一种应用于三维成像声呐系统中的低功耗接收机;文中给出了该声呐系统中接收机的各电路组成与设计实现,通过电路仿真与测试,最终结果验证了该设计切实可行,满足系统要求。

基于稀疏布阵的实时三维成像声纳系统

水下实时三维成像声纳系统可以有效地提高对水下目标探测及识别的能力,本文提出基于稀疏面阵的实时三维成像声纳系统,该系统包括3个部分:窄带信号发射系统、稀疏布阵接收系统及信号处理系统。信号处理系统在远场情况下采用二维FFT波束形成获得目标三维成像,近场情况下采用自聚焦二维FFT波束形成获得三维成像结果。相比于直接相移波束形成,稀疏布阵情况下采用二维FFT波束形成算法具有更小的计算量和内存需求量的优势。基于该成像算法,设计并实现一套实时三维成像声纳系统,通过多次湖上及海上实验对该系统进行测试,实验结果表明:该系统可以获得水下近场及远场目标的三维图像并满足实时成像的要求。

三维成像声呐在排体搭接检测中的应用

本文介绍了三维成像声呐的系统组成和工作原理,以及其在航道整治工程水下软体排搭接检测中的应用。实际应用结果表明,三维成像声呐能够很好的获取水下软体排当前位置的搭接情况,通过三维立体呈现,获得更加直观、准确的检测数据,并且能够提取检测区域内和河床信息和排体边缘变化趋势,为后续铺排提供技术参考。

多波束和三维声呐在水下构筑物基础冲刷检测中的综合应用

本文主要介绍了多波束测深系统和三维声呐图像扫侧系统的测试方法,并结合工程实例,对风机基础和海上升压站基础冲刷状况进行了检测。多波束测深系统可以通过综合应用,获取目标区域高精度水深数据与点位,生成反映海底地貌特征的三维立体图像,有助于更加直观详细了解风机基础周围冲刷范围半径,以及最大冲刷深度、冲刷现状等信息;三维声呐扫测技术可呈现风电基础周围海底地形的高分辨率的二维平面图像,可直观掌握风机附属电缆的敷设状态、量化确定电缆悬空长度和电缆裸漏长度,以及升压站基础的冲刷状态的动态监测;通过多波束和三维声呐技术的综合应用,可更加直观详细了解基础的冲刷情况,为海上风机基础和升压站基础冲刷防护处理和安全性评估提供可靠的基础数据支撑。

基于三维高密度电阻率法的露天铁矿山采空区精准探测

针对露天铁矿山地下隐伏采空区精准探测的技术难题,以某露天铁矿山实际矿床地质特征和不同岩矿体电阻率值为基础,建立三种异常识别模型,分析横向电性不均一条件下采空区的异常响应特征,得到了地电场分布规律并通过现场试验进行应用研究.结果表明:异常识别模型能够较准确地模拟地电场分布;三维高密度电阻率法在大面积探测工作中能够有效克服二维高密度电阻率法体积效应对采空区位置精准判别的干扰,减弱了异常扩展等效应.

基于组合特征的水下三维目标检测跟踪算法

针对三维成像声呐水下人工目标检测跟踪困难的问题,提出一种基于组合特征的水下三维目标检测跟踪方法。该算法利用声图的强度和距离等分布信息,根据目标出现前后声图能量的变化,利用背景差分的方法提取核函数,并在二维声图相关匹配的基础上,通过关联由前后帧图像的Hu不变矩、目标质心和目标距离组成的组合几何特征,实现二维向三维映射的人工目标检测与跟踪。湖试数据处理结果显示,新算法的跟踪性能提升了约7.15%,消耗时间相比传统方法减少了约60%,验证了算法的有效性。

一种新型桥梁水下结构物检测装置

在介绍国内外桥梁水下结构物检测设备和检测方法的基础上,提出一种将单波束/多波束、声呐设备、水下摄像机集成到一种便携组装式船上的桥梁水下结构物检测装置,以实现安全、高效地对桥梁水下墩台基础的检测及河床断面高度的测量。实践证明,与传统技术相比,桥梁水下检测船在安全性、高效性、可靠性方面优势突出。