实时3D声呐系统在海缆维护治理施工中的应用

海底管道电缆在长期运行过程中,受到冲刷和人为活动的影响,需要加强防护治理,否则将严重影响海上生产平稳运行。作为全球分辨率最高的实时3D声呐系统,可利用相控阵技术在施工过程中提供水下的实时情况信息,将其应用于海缆维护治理施工监测中,可实现可视化和精确化指导施工,有助于提高作业效率,降低作业风险,提升工程质量。

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。

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。

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。

深水大型沉井内部地形探测方法与实践

为了解决沉井施工监控中内部地形探测这一难题,在分析了探测作业环境特点基础上,提出了封闭环境下深水沉井的探测方法,利用三维多波束实时声呐系统在瓯江北口大桥成功采集到沉井内部地形数据。采用GIS技术构建了沉井内部地形三维场景数据,结合测绳探测数据和现阶段沉井取土方案,验证了探测的井底地形高程精度满足施工要求,论证了数据对井底地表形态特征的表达是可信的,表明提出的探测方法是可行的。在分析探测数据过程中发现:结合探测数据图像颜色的明暗和空间几何形态特征,能辨识出不同的取土分区和分布特征,通过GIS技术对取土分区及地形高程进行可视化分析,可以为沉井施工确定取土方式、位置和范围提供辅助数据。

三维多波束实时声呐系统在海床平整处理中的应用

由于长期受波浪、潮流等水动力冲刷作用,海床常出现凹凸不平、地质条件不稳定等现象。三维多波束实时声呐系统具有"面状测量",三维高密集点云数据,实时监测等特点,可精确、快速、直观、实时地显示海底三维特征。结合该技术在某导管架海床平整处理中的应用,展示了其高精度、高效率、低成本的作业优势,为后期海床平整和挖沟作业提供了全新的技术参考。

水工建筑物水下三维检测精确定位分析

在复杂海况下,对水下的水工建筑物进行三维检测精确定位分析,目前有多种设备可选择。但检测的可靠性和精度需要进一步分析和验证。为此,结合广东揭阳石化原油码头工程,采用多波束测深仪系统和水下三维实时3D声呐系统,以点云数据建模,将2种系统采集的数据融合处理,可对建筑物的坐标和高程进行精确分析。其中,多波束测深仪系统可用于水下建筑物绝对坐标的测量,而实时3D声呐系统可取得目标物精确的模型图像,2种数据融合处理后,即可用可视化的方法对目标物的位置和状态进行准确分析。该方法可用于港口和码头维护以及水下建筑物检测,为老码头的改造、修复提出有效的检测定位方法和可视工具。

三维成像声纳数据采集系统设计

为使三维成像声纳数据采集系统的设计达到周期短、可靠性高、满足性能指标要求的目标,提出一种改进的设计方法。该方法通过分析声纳设计指标及工作时的信号、噪声过程,提出采集系统的三个主要设计参数:TVG动态范围、最高增益及最高等效输入噪声所满足的约束方程。通过求解约束方程,获得采集系统设计参数需要满足的最低要求,以此为指导设计的数据采集系统满足声呐设计要求。通过原型设计的多次湖试实验验证了该设计方法切实有效。

水下便携式三维声纳实时成像系统设计

针对传统三维声纳装置体积庞大、设备沉重,在水下难以灵活作业的问题,设计了水下便携式三维声纳实时成像系统。通过现场可编程门阵列(FPGA)控制多路信号同步采样,优化波束形成算法大幅提高声纳信号处理速度,同时采用基于低功耗的数字媒体处理器以并行处理方式实时完成三维建模和图像显示。实验结果表明:系统续航时间可达4 h,水下零重量,可在40 m范围内实现角度分辨率1.2°的三维成像,图像刷新率可达25帧/s。

新型防护块体Xbloc的安装技术

新型单层防护块体Xbloc因其经济性和实用性,在海外的防波堤工程上得到越来越广泛的应用。本文结合尼日利亚莱基深水港工程防波堤的工程实践,对Xbloc的安装及验收原则进行阐述,对水下Xbloc安装和验收所使用的实时实景3D声呐系统——Echoscope的五个主要组成部分和四个核心功能进行介绍,并与国际上另一款块体辅助安装系统——POSIBLOC安装系统进行对比,得出两款系统的技术特点。通过对Xbloc和Echoscope实际应用的经验总结,希望本文能为国内类似工程应用提供参考,同时为国内软件开发公司提供思路。

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。

“Thorco Cloud”轮沉船高难度打捞实践与总结

“Thorco Cloud”轮沉没在新加坡海峡航路中,沉没地点航运繁忙、水深流急浪大,加之船体断为两截、所载货物抓取困难、打捞作业禁止抛锚等多重因素影响,造成打捞难度极高。通过对沉船打捞技术难点、工艺方法和实施效果等方面的总结,分析了使用浮吊船加装外挂动力(DP)定位系统就位的优势和有效性,阐述了三维成像声呐水下监测系统及超短基线(USBL)水下定位系统在水下抓斗抓取沉船残骸和钢轨等货物时的视觉指导作用和效果。通过打捞工艺的优化与实践,“Thorco Cloud”轮打捞作业历时8个月顺利完成。实践表明,DP动力船舶可以实现复杂海况环境下打捞母船的稳定性,通过创新性的大水深抗干扰安装方法,可以在水下26 m的极限深度安装三维成像声呐,并对海底打捞抓取作业进行实时水下监视,实现水下声学“电视抓斗”的应用功能。“Thorco Cloud”轮沉船打捞的实践,完善了多重限制条件下的沉船与货物打捞工艺设计,该案例对复杂海上环境清障保航等具有重要的参考意义。

三维侧扫声呐技术在海洋测绘中的探测性能评估及应用分析

当前,海洋的价值越来越被人类重视,海洋开发活动对于国家发展日益重要,其中海底地形测量在海洋开发中有着举足轻重的地位。相较于应用多波束测深系统或侧扫声呐系统测量海底地形的传统方式,三维侧扫声呐将多波束测深系统与传统侧扫声呐系统的特点融为一体应用于海洋测绘生产,极大地提高了作业效率,减小了作业成本。本文以3DSS-iDX-450三维侧扫声呐为例,介绍了其系统组成及功能参数,通过多项性能测试及在外业生产中的测量效果分析比较了三维侧扫声呐技术在海底地形测量中的性能参数及优势特点,根据生产中的经验提出了使用建议,并对未来三维侧扫声呐的应用进行了分析及展望。

Optimized simulated annealing algorithm for thinning and weighting large planar arrays

This paper proposes an optimized simulated annealing(SA) algorithm for thinning and weighting large planar arrays in 3D underwater sonar imaging systems.The optimized algorithm has been developed for use in designing a 2D planar array(a rectangular grid with a circular boundary) with a fixed side-lobe peak and a fixed current taper ratio under a narrow-band excitation.Four extensions of the SA algorithm and the procedure for the optimized SA algorithm are described.Two examples of planar arrays are used to assess the efficiency of the optimized method.The proposed method achieves a similar beam pattern performance with fewer active transducers and faster convergence ability than previous SA algorithms.