平台作业井场海底障碍物探测技术研究及应用

通过技术攻关,开发并形成的一种移动平台井场海底障碍物探测技术,可以实现120m水深内的海底障碍物探测,查明井场海底障碍物的分布、类型,区别海底底质特征,定量分析海底障碍物的大小或规模。该技术海底单侧最大测量宽度≥200m,探测精度≤10cm,具有探测分辨率高,探测范围广,经济高效的特点,是平台作业井场安全稳定性分析评价的可靠技术手段,已经发展成为海洋工程勘察测绘产业新的技术和创收利器。     

基于声波探测的海底管道非掩埋状态检测方法

基于声波探测技术,提出一种对海底管道非掩埋状态进行联合检测的方法,以山东胜利油田某海底输油管道为对象,设计一种双声纳探头多波束测深系统,并联合侧扫声纳系统,通过对系统参数进行分析、优化,从而实现对海底管道非掩埋状态的高效精确检测。分析检测结果表明:基于双声纳探头多波束系统的海底管道检测可获得高密度的点云数据,显著提高了管道检测数据的稳定性及可靠性;侧扫声纳系统的良好检测效果有赖于其声波掠射角的最佳取值;参数优化后的联合检测系统的检测效率得到显著提高,能够精确判断出管道的实际状态。     

基于Android平台的障碍物检测系统的设计与实现

为了提高视觉导盲仪障碍物检测系统的便携性,建立了基于Android平台的障碍物检测系统。对该系统所采用的Android平台采集双目图像、路面平面提取和障碍物检测等算法进行研究。首先,根据Android平台的USB HOST API介绍了Android平台以非ROOT的方式采集双目图像数据;然后,提取并匹配双目图像的特征点得到稀疏的三维点云,在三维点云中用随机抽样一致性算法(random sample consensus,RANSAC)来提取路面平面;最后,在利用双目图像路面平面单应性来区分路面与障碍物的基础上,说明了采用半全局块匹配(semi-global block matching,SGBM)进行障碍物检测的算法。实验结果表明:系统5 m以内的障碍物检测准确率达到90%;检测时间达到1 s/帧。完全满足视觉导盲仪障碍物检测系统的检测准确率高、实时性高、易便携等要求。     

基于图像处理的深海底障碍物和地形识别及检测

针对海底集矿机采矿环境图像,采用分段线性变换提高图像细节,中值滤波去除悬浮物干扰.利用形态学抗噪声梯度算子提取地形和障碍物轮廓,并用分段线性拟合计算出地表亮度变化率.根据表面亮度变化特征判断障碍物类型,采用自适应形态学对轮廓进行细化与连接.通过障碍投影变换计算出障碍物的距离、高度和宽度等信息.对陆地图像进行了分析,证明位置、高度和坡度等参数计算的可行性.利用上述方法对深海底的图像进行处理,不仅保留了边界信息,且提高了抗干扰能力和抗边界间相互影响能力,可有效识别深海底地形和障碍物,得出位置和形状等参数,可以为集矿机避障系统信息融合技术提供可靠数据.     

多波束声纳水柱影像探测中底层水域目标的研究进展

介绍了利用多波束声纳水柱影像探测中底层水域目标的研究现状,以实例说明了多波束声纳水柱影像的典型应用,展望了其应用前景.多波束水柱影像携带了波束从换能器到海底的完整信息,可用于探测从海面至海底的声照射目标,包括探测航道障碍物、水雷和海底突起物等海底民用军事目标,检视水下工程,也可探测鱼群、海洋内波、羽状气流等中底层水域固体或非固体目标.通过改变波束照射方式,多波束声纳可兼作扇扫声纳,还可进行动态目标的探测与跟踪.多波束声纳水柱影像在水下目标探测中应用广泛,多波束声纳技术也发展迅速,典型特征是波束数增多、波束角减小、覆盖角度扩大、信号带宽增加、硬件体积缩小.高精度、高分辨率、三维立体测深成像将是未来多波束声纳的发展方向.未来多波束声纳技术将集成侧扫声纳、合成孔径声纳、扇扫声纳等多种水下声学成像工具于一体,其应用领域也将进一步拓展.     

自动喷淋灭火系统的施工技术总结

自动喷淋灭火系统干管一般用法兰连接,水平安装管道的卡架一般以吊架为主:高位水箱应在结构封顶前就位,并需要做满水试验;安装报警阀时应先安装水源控制阀、报警阀,然后根据设备说明书再进行辅助管道及附件安装;水泵结合器的安装位置一定要有明显标志,阀门位置应便于操作,结合器附近不应有障碍物。     

声学探测技术在海底管道外检测中的应用

在海底管道的外检测过程中,为明确海底管道的真实赋存状态,常使用工程物探和潜水摸探对其进行调查,其中声学探测技术的应用最为广泛。本文以SONIC 2024多波束测深系统、SES 2000参量阵浅地层剖面系统、KLEIN 3000侧扫声呐系统为例,系统介绍传统声学探测技术在北部湾某单点系泊(SPM)海底输油管道外检测中的应用。在此基础上,结合扫描声呐、合成孔径声呐等声学探测技术,探讨各类声学探测技术的优劣性及适用条件,指出海管外检测技术的发展方向。多种声学探测技术的综合运用是准确评价海底管道状态的基础,海底管道外探测方案的选择应综合考虑海域条件、设备优缺点、作业载体、工作成本等因素。海管外检测技术向着设备集成化、检测精细化、识别智能化的方向发展。     

变结构陆空机器人自主跨域越障技术研究

陆空机器人因其灵活的机动能力而备受关注,为了更好地发挥陆空机器人的跨域越障特性,以变结构陆空机器人为平台,对深度图像进行二值化处理以提取前方障碍物的边缘轮廓,采用最小矩形匹配法对障碍物进行建模,获取障碍物的距离及高度信息.根据障碍物距离和高度的检测结果及平台地面移动越障极限,提出了一种自主跨域越障策略.试验结果表明,机器人可以准确检测判断出行驶前方障碍物的距离及高度信息并可以顺利自主跨域越障,到达目标点,提出的障碍物检测方法及自主跨域越障策略是有效的.      

浅海硬障碍物边界的重建算法

研究三维浅海硬障碍物声波的反散射问题,其中假设浅海海面是自由释放边界,海底是绝对硬的,障碍物边界也是绝对硬的。此问题可转化为边界积分方程。给出反散射问题的重建算法。     

基于Android的桥梁检测车安全监控系统的设计

为解决国内桥梁检测车全局监控设备以及碰撞警报设备缺乏的问题,设计并实现了基于Android平台的一套智能监控系统。该系统通过倾角传感器采集的数据,用3D模型实时
模拟机械臂的姿态,以达到全局监控的目的。同时可以根据实际情况构建虚拟障碍物,实现机械臂与障碍物碰撞的逼真模拟与警报。结果表明,该系统性能可靠、实用性强,不但解决了传统视频监控无法达到全局监控的问题,还对人工规避障碍物提供了可靠的参考。     

上海建成中国第一套海底观测组网技术系统

由著名海洋科学家，中国科学院院士，同济大学汪品先教授领衔的“海底观测组网技术的试验与初步应用”2006年重大科技攻关项目，6月23日通过上海市科委组织的专家验收。该项目的研究旨在初步突破构建包括海底观测网在内的海洋综合立体观测例系统关键技术，在上海附近海域进行海底观测组网技术的试验，建立了中国第一个海底综合观测试验与示范系统——东海海底观测小衢山试验站。该试验站由海洋登陆平台及控制和传输模块、1．1千米海底光电复合缆、基站包括特种接驳盒、外接ADCP、CTD、     

深海履带机器车的实时导航和避障

针对深海底履带机器车的未知、复杂工作环境,提出一种履带机器车导航和避障算法。该算法先用声纳传感器实时检测障碍物的位置,再用D-S理论推算出障碍物的更准确位置,然后运用改进势场法进行行走方向决策,规划出履带机器车的作业路径,实现对深海履带机器车的导航和避障。仿真和试验结果表明,此算法适应于动态未知复杂环境下的深海履带机器车实时导航和避障,且在目标附近存在障碍物时也能达到目标。     

基于前视声呐的水下移动障碍物运动参数预测

针对水下未知环境中移动障碍物的运动速度预测,提出一种基于多波束前视声呐预测方法.首先,对多波束前视声呐采集的障碍物三维点云数据进行滤波处理,并采用并行搜索树算法进行数据分块处理以分离出单个障碍物.然后,分别计算声呐每一采样时刻障碍物虚拟质心位置,并修正由无人潜航器船位差所产生的虚拟质心位置变化;建立自适应神经模糊推理系统模型,根据输入的虚拟质心位置依次预测移动障碍物的速度和方向角.最后,进行Matlab仿真实验,仿真结果表明:基于前视声呐探测数据获取的虚拟质心能够准确反映移动障碍物的运动趋势,基于此的自适应神经模糊推理系统能够准确预测移动障碍物的运动参数.     

基于零空间行为法的自主水下机器人避障策略

针对自主水下机器人(AUV)在复杂海底环境驶向目标点的过程中可能遇到动静态障碍物的问题,设计了基于零空间行为(NSB)法的避障策略.首先将AUV驶向目标点的整体任务分解成不同的子任务,并把避障子任务设为最高优先级任务;对于多任务控制目标,将由低优先级任务向量向高优先级任务向量的零空间进行投影得到的综合任务向量作为最终输出函数;在完成高优先级任务的同时,部分或全部完成低优先级任务,以避免各任务目标的相互冲突.随后根据不同子任务的优先级设计相应的任务函数,研究了针对静态和动态障碍物的避障策略;推导并建立了AUV运动的综合输出函数,以确保其在驶向目标点的过程中对不同类型障碍物进行有效规避.模拟计算结果证明该方法是有效的和可行的,在复杂障碍物环境中能够达到预期的避障效果.     

一种基于双目视觉的无人机自主导航系统

针对无人机实时自主导航问题,本文设计并实现了一种能自主感知未知室外环境,实时自动规划路径的旋翼无人机系统.首先利用双目视觉,使用经光束法平差(BA)优化的经典SLAM系统,ORB SLAM2算法获取无人机位姿信息;再以"推扫式"感知方法和改进的绝对误差和(SAD)算法获取环境信息和障碍物点.其次,结合无人机位姿信息与环境障碍物点生成局部障碍物地图,同时使用并行计算框架,提高系统性能.针对无人机系统实时性问题,设计的SAD算法只关注固定视差大小的像素块的稀疏匹配.最后,根据生成的当前局部环境障碍物地图与本地轨迹库,自主选择运动轨迹,有效自主规避障碍物,达到实时局部路径规划的效果.以上功能全部在无人机搭载的嵌入式处理器Nvidia Jetson TX2中完成处理.仿真与实际飞行实验表明:设计的系统基本实现无人机在未知室外场景下的实时自主感知与路径规划,在采集视频分辨率为1 280×720时,处理速度能达到60帧/s,为完善低成本无人机的避障与导航功能提供一种参考.     

深海风暴的原位观测

 深海风暴是高悬浮颗粒浓度水体在深海近海底的快速运动,能够损坏甚至摧毁一切障碍物,改变海底地形,影响深海底栖生态环境,但对其发生过程和沉积记录的认识尚缺乏原位观测研究。选择南海东北部台湾岸外高屏海底峡谷堤岸,通过布放锚系原位观测了2016年9月一次由浊流活动引发深海风暴的沉积物弥散发生过程,发现其表现为近海底悬浮颗粒浓度快速增加,并伴随温度升高和盐度降低。研究认为,深海风暴的沉积物弥散是海底峡谷沉积纹层形成的主要动力过程。     

基于金字塔LK光流法及超声传感的微型无人机障碍识别优化研究

针对在有雾或能见度低的情况下,传统的光流算法在微型无人机障碍物辨识过程中准确性低、适应性差等问题,采用了一种基于金字塔LK光流法结合超声传感的避障方法。主要进行金字塔分布式检测,经超声波传感器探测目标,用测得的光流数据与IMU值融合后进行Kalman滤波处理,与设定的阈值进行比较,判断是否为障碍物,以提高微小型无人机障碍物辨识准确性。通过搭建无人机试验平台,对实验结果进行比较、分析,验证了方法的可行性。     

浅海硬障碍物声波的反散射问题

研究三维浅海硬障碍物声波的反散射问题 ,其中假设浅海海面是自由释放边界 ,海底是绝对硬的 ,障碍物边界也是绝对硬的 .这一反散射问题归结为外Neumann边界值问题 ,进而转化为一个边界积分方程 .通过对反散射唯一性问题的研究 ,给出了唯一性定理的证明 .     

CB26采修一体化平台上部组块吊装就位技术

随着埕岛海上油田的陆续开发,采修一体化平台在一个阶段内将成为今后埕岛海域海上发展的方向。CB26采修一体化平台是此类工程的第一个平台,本文将针对CB26采修一体化平台上部组块海上就位的特殊性来探讨海上大型构件的吊装就位技术,为今后埕岛海域类似的工程提供借鉴经验。     

互相关技术在海底沉积物电阻率测量中的应用

海底沉积物的电阻率测量技术广泛应用于海洋地质调查、海洋环境研究等领域,基于海底钻机的原位探测仪为平台,开发了一套电阻率测试系统,为精确处理电阻率探头输出的微弱电压信号,对互相关算法进行了理论推导和MATLAB仿真,并在实际电路中以互相关算法在DSP(TMS320F28069)的移植为核心设计了相关软硬件,大量的对比试验表明,互相关技术是一种有效的微弱信号处理方法,可提高海底沉积物电阻率测量的精度和抗干扰能力.