基于宽孔径双频多波束声呐的水下地形3D重构

针对2D成像声呐数据的水下目标3D重构问题,提出了基于声呐视点球面目标成像原理的3D重构方法。首先,通过引入具有空间变化核的盲反卷积公式,解决了宽孔径声呐数据3D重构的先验不适定问新题;其次,通过关联声呐成像过程中的多个视点,准确恢复了宽孔径声呐数据的高度角信息,该方法适用于主流的商业ROV和AUV,可使用标准声呐传感器实现在线3D重构;最后,将该方法应用于丰满老坝库区采集的双频多波束2D声呐数据,结果表明,重构的3D水下地形与单点测深仪的测绘结果基本一致。

基于OpenGL的多波束剖面声纳数据3D可视化

多波束剖面声纳接收数据的可视化一般用2D矩形图或扇形图进行显示。针对上述情况,提出一种基于OpenGL的3D数据显示方法。该方法将接收数据进行小波分解,把处理后的数据作为纹理按时间帧映射于3D坐标系中,通过设置透明度消除遮挡,从而将不同时间信息的数据融合在同一个3D场景中,以提高成像的空间感。

固定节点3D网格部署的水下传感器网络分簇路由算法

水下传感器网络是应用于水下通信的重要传感器网络技术。提出了基于固定节点3D网格部署的水下无线传感器网络分簇算法,设计了3D网格的编址和分簇方法,实现了基于地址分配的节点定位,构建了算法的能耗分析模型。采用MATLAB完成了算法的性能仿真,对比了DS-VBF、IAR和GEDAR 3个算法的平均数据传输延迟和网络生存时间(TTL)。实验结果表明,此算法的平均数据传输延迟较短,可明显提高UWSNS的生存时间。

基于ROV平台的水下精细探测技术在水下隐蔽构筑物安全检测应用

水利工程中很多水库、堤防工程存在大量水下隐蔽构筑物,潜水员进行巡视时受作业风险等影响,较难开展定期巡视,频次难以保证,不利于水库的安全运维工作。为此提出一种基于ROV平台的水下精细探测技术,利用搭载于ROV平台上的三维图像声呐获取观测物体的三维点云数据,利用光学成像系统获取观测物体的外观情况等数据,可提供丰富的定性定量信息。某水库拦污栅检测结果表明:该方法能发现水下隐蔽构筑物的破损情况,并对各种污物进行详细描述,在数字孪生流域数据底板建设工作中具有良好的推广前景。

三维激光扫描声呐系统在渡槽水下结构检测的应用

渡槽水下基础长期承受各种荷载、高水流作用等,在经历较长运行期后的安全检测问题日益突出。鉴于三维激光扫描声呐系统的技术优势,介绍了系统组成、工作原理、技术参数和应用途径,并将其应用于某渡槽基础水下细部结构检测。检测结果表明,该系统成像速度快、图像清晰、监测效率高,能准确展示探测渡槽水下细部三维结构,可有效规避潜水员探摸安全风险和传统声呐扫描效果差的缺陷。同时,该系统还能够在含沙量大、能见度低的水域环境中工作,具有较好的适用性和推广性。

桥墩冲淤检测中多波束测深系统结合三维图像声呐的应用

东海大桥是我国第一座真正意义上的跨海大桥,东海大桥桥墩冲淤研究对类似海上风电、杭州湾大桥等跨海大桥冲刷防护等工程提供借鉴。多波束测深系统结合三维图像声呐在东海大桥水下地形测量的成熟运用为后期桥墩回填工程提供重要依据。冲淤变化直接影响桥墩桩基的桩基承载能力,桥墩基础局部冲刷深度是确定基础埋深和保证桥梁运行安全的重要参数,通过对多年东海大桥桥墩冲淤分析,为东海大桥整体冲淤评估提供可靠的数据依据。

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。

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。

储罐油泥在线检测技术研究现状

原油储罐中油泥的存在不仅会减小储罐的有效容积,影响低液位时液位计测量的准确性,还会加重储罐底板的腐蚀、影响浮盘低液位运行安全性,油泥在线检测成为指导储罐安全运行的重要环节。收集整理了国内外现有油泥检测技术,对比了各检测技术的差异、特点、适用性。通过分析热成像、多波束声呐等技术的特征,提出声呐技术将成为储罐油泥在线检测发展趋势,并指出技术攻关方向。

海上风电场运维监测方法研究

海上风电场建成运维期,潮流和波浪引起的水体运动会在风机基础局部形成冲刷坑,并逐渐影响风机基础的稳定性。利用综合探测技术,定期探测风电场周边海底冲刷变形情况,可以为风电场运营管理提供重要参考。为此,采用多波束水深探测和侧扫声呐探测技术,对运营海上风电场的风机机位及升压站基础和海缆路由周边进行综合探测,获取风机机位及升压站周边三维地貌,测算海底冲刷变形情况,探测海缆路由线路出露情况,研究内容可为海上风电场运维监测提供技术参考。

三维全景成像声呐系统在水下细部结构检测中的应用

鉴于三维全景成像声呐系统的技术优势,介绍了其组成部分、工作原理、技术要点和应用范围,并将其应用于泵站、码头桩柱、崩岸岸坡等典型实例的现场检测中。结果表明,该系统成像速度快、图像清晰、监测效率高,能准确展示探测目标的水下三维结构,可有效规避采用潜水员探摸的安全风险和传统声呐扫描效果差的缺陷。同时,该系统还能够在含沙量大、能见度低的水域环境中工作,具有较好的适用性和推广性。

基于TMS320C6678三维成像声纳信号处理算法的设计与实现

针对三维成像声纳在实际应用当中实时性的需求,在分析三维成像声纳波束形成算法原理和TMS320C6678多核任务并行处理的基础上,设计了基于TMS320C6678处理芯片的三维成像声纳二维波束形成算法的并行实现方法。该方法不仅能有效地完成二维波束形成,还能减少波束形成的计算量,满足系统的实时性需求。实验表明:该方法有效、可靠地完成了2304通道的二维波束形成,角度分辨率优于1°,满足实际系统实时性要求。

三维声纳频域波束形成算法的优化及实现

为了对三维声纳频域波束形成算法进行优化,提出了一种算法的优化方法。利用声纳回波信号的位移矢量分解与合成原理,推导出波束强度与相应方向角的数学关系式,进而使算法得到优化,并对优化的波束形成算法进行了仿真。同时,给出了实现此算法的两种数据通路,并对其内存需求量和计算量进行了分析。最终在XilinxISE环境下,在现场实现可编程门阵列(FPGA)上对该两种数据通路进行了仿真,并列出了相应的资源利用情况。优化后的算法不仅可以得到与传统算法相同的波束强度矩阵结果,而且减少了存储相移参数所需的内存空间。

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.

三维成像声纳图像后处理与可视化

针对基于线阵合成孔径技术的三维成像声纳缺乏有效后处理与可视化方法的问题,提出一个适用于三维成像声纳图像后处理与可视化方案。鉴于水体和地层2种介质具有不同的声学特性,使用组合算法分离水体和地层数据,利用基于边缘梯度均值约束的三维自适应区域生长算法分别对水底和地层目标进行检测,融合水体和地层数据,采用光线投射法进行三维实验数据的可视化。湖试和近海海试结果表明,该方案能够适应声成像中水体与地层的不同特点,有效检测目标,提高声纳图像的表现能力。

重力式码头沉箱接缝检测方法研究与改进

针对重力式码头沉箱安装接缝难以检测的问题,分别采用水下机器人、多波束扫测、三维声呐扫描技术进行检测。检测数据表明:水下机器人对沉箱接缝的检测效果直观、准确度较高;多波束测深系统对沉箱接缝具有一定的识别能力,但对于缝宽较小及距离较远的接缝分辨率较差;三维声呐探测扫测精度高,但扫测范围小且效率低。从测试原理上分析各种方法测试优缺点产生的原因并根据检测需求自主设计了三维声呐测量支架,实现对沉箱接缝任意深度量测,并结合工程实例取得良好的测试效果,为沉箱接缝检测方法的选取提供借鉴。

三维前视声呐信号处理方法

三维前视声像声呐是安装在小型水下载体上的重要声学探测设备。提出了基于波达方向估计技术的三维前视声呐信号处理方法,接收阵水平方向采用波束形成技术,垂直方向采用波达方向估计技术。在波束内采用分裂孔径相位法提高水平方向分辨率,形成声呐阵前方的三维声像。仿真结果和水池实验结果表明:在接收阵面面积相同的条件下,能够获得优于常规技术的分辨率,可以实现点目标和连续目标的探测,适合于在水下载体上安装使用。

三维声呐在水下沉船姿态探测中的应用

研究采用多波束测深声呐与三维扫描声呐相结合,获取水下沉船姿态数据及附近海底地形点云数据的方法。通过实例阐述数据采集、数据处理过程的关键因素,并采用环境光遮蔽算法对点云数据进行了可视化渲染。结果表明,该种方式点云数据完整、沉船细节清晰,可为沉船清理作业中的风险评估和决策制定提供关键的技术支持。

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。

实时三维声呐技术在平台水下检测中的应用

滩海平台工作水深较浅,约1～3 m,平台桩基为群桩,形状不规则,对其难以进行定量检测。首次采用三维声呐系统对冀东油田滩海平台的水下工程进行检测。检测结果表明,冀东油田1号构造平台桩基未发现异常,NP1-1D平台桩基周围3 m范围内有约0.5 m深的凹坑,NP1-29平台西北侧桩基北侧有长44 m、宽约14 m、较周围地形深2.6 m的沟槽,NP1-3D平台桩基宽度约11 m,桩基下方有较小沟槽。检测成果满足工程要求。对于工作水深大于3 m的平台,其桩基可采用Echoscope实时三维声呐系统进行水下检测;工作水深小于3 m时,需进行现场试验确定。