發(fā)布時間：2020-11-18 10:23

　　 海底管線鋪設(shè)于海洋環(huán)境之中,海底環(huán)境相比于陸地環(huán)境更加惡劣。管線內(nèi)部腐蝕、管外波流作用、海床運動、外界撞擊等均會使其損壞。歷史上曾發(fā)生多起海底管線泄漏事故,其對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重破壞并造成了巨大的經(jīng)濟損失。在海底天然氣管道泄漏的問題上,最早使用單波束回波測深儀對海底泄漏氣體進行檢測,之后由于聲納技術(shù)的快速發(fā)展,聲納硬件、軟件設(shè)計能力以及計算機處理能力的提高,使利用多波束測深聲納對管道進行泄漏檢測成為可能。多波束測深聲納具有更寬的覆蓋,其水體成像數(shù)據(jù)具有從發(fā)射換能器到海底的完整波束信息,并且可以提供3D的空間關(guān)系,因此可以利用多波束水體成像數(shù)據(jù)判斷水體中的目標物的形狀大小和位置。本文利用多波束測深聲納的水體成像數(shù)據(jù)對天然氣管道泄漏檢測進行相關(guān)研究。設(shè)計并實現(xiàn)了針對海底天然氣泄漏的管道泄漏檢測模塊。該模塊的軟件部分主要是泄漏檢測算法,硬件部分為搭載VxWorks嵌入式操作系統(tǒng)的PC104主板。本文首先對多波束測深聲納的水體成像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行分析,之后對泄漏檢測算法進行研究,主要內(nèi)容包括利用圖像濾波算法、形態(tài)學(xué)處理算法、底部檢測算法對水體成像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理,通過利用最大熵分割算法得到泄漏氣體的疑似區(qū)域,利用Hough變換的方法分析泄漏氣體的上升形態(tài),以此來確定是否存在管道泄漏情況。最后,介紹了將檢測算法移植到搭載VxWorks嵌入式操作系統(tǒng)的PC104主板上的過程。模塊采用多任務(wù)編程方法,設(shè)計了數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及檢測結(jié)果傳輸模塊,實現(xiàn)了從接收數(shù)據(jù)到完成檢測的過程,進而為實現(xiàn)AUV對天然氣管道進行巡檢奠定基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P756.2
【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 水下泄漏氣體檢測技術(shù)概述
    1.3 基于聲納系統(tǒng)的管道泄漏檢測
    1.4 本論文主要工作內(nèi)容
第2章 管道泄漏檢測圖像算法研究
    2.1 多波束水體成像數(shù)據(jù)分析
        2.1.1 水體成像數(shù)據(jù)獲取
        2.1.2 水體成像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
    2.2 泄漏檢測算法研究
        2.2.1 算法總述及流程圖
        2.2.2 圖像濾波處理
        2.2.3 形態(tài)學(xué)tophat處理
        2.2.4 圖像分割處理
        2.2.5 疑似泄漏區(qū)域提取
        2.2.6 基于Hough變換的氣體上升形態(tài)估計
    2.3 實驗結(jié)果與分析
        2.3.1 圖像濾波處理結(jié)果
        2.3.2 形態(tài)學(xué)tophat處理結(jié)果
        2.3.3 最大熵分割處理結(jié)果
        2.3.4 疑似區(qū)域提取處理結(jié)果
        2.3.5 氣體上升方向估計處理結(jié)果
    2.4 算法評估
        2.4.1 不同去噪算法效果比較
        2.4.2 不同分割算法效果比較
    2.5 本章小結(jié)
第3章 管道泄漏檢測模塊軟硬件平臺構(gòu)建
    3.1 VxWorks操作系統(tǒng)及硬件環(huán)境
        3.1.1 VxWorks操作系統(tǒng)
        3.1.2 PC104硬件處理平臺
    3.2 編輯調(diào)試平臺的選擇
    3.3 泄漏檢測模塊系統(tǒng)環(huán)境搭建
        3.3.1 板級支持包（BSP）
        3.3.2 板級支持包開發(fā)
        3.3.3 系統(tǒng)映像開發(fā)
    3.4 本章小結(jié)
第4章 管道泄漏檢測模塊設(shè)計及實現(xiàn)
    4.1 管道泄漏檢測模塊軟件架構(gòu)
    4.2 管道泄漏檢測模塊實現(xiàn)
    4.3 泄漏檢測模塊測試及實驗結(jié)果
        4.3.1 模擬聲納軟件功能
        4.3.2 模塊檢測結(jié)果測試
        4.3.3 模塊穩(wěn)定性測試
    4.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果
致謝

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 方娜;陳國明;朱紅衛(wèi);孟會行;;海底管道泄漏事故統(tǒng)計分析[J];油氣儲運;2014年01期

2 肖磊;;VxWorks下基于socket的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計[J];計算機與網(wǎng)絡(luò);2013年12期

3 李燦蘋;劉學(xué)偉;趙羅臣;;天然氣水合物冷泉和氣泡羽狀流研究進展[J];地球物理學(xué)進展;2013年02期

4 梅賽;趙鐵虎;楊源;齊崇陽;;甲烷羽狀流水體聲學(xué)探測及氣體運移通量測算[J];海洋地質(zhì)前沿;2013年03期

5 袁延藝;劉曉;徐超;李海森;;基于多波束測深系統(tǒng)的水下成像技術(shù)[J];海洋測繪;2012年04期

6 梁金明;魏正曦;;Ostu算法的改進研究[J];四川理工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年05期

7 李國友;鐘樂海;陳亞軍;范恩魁;;VxWorks中基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用研究[J];微計算機信息;2010年11期

8 高紅波;王衛(wèi)星;;一種二值圖像連通區(qū)域標記的新算法[J];計算機應(yīng)用;2007年11期

9 康宇峰;從Tornado到Workbench——風(fēng)河公司的新一代嵌入式軟件集成開發(fā)環(huán)境[J];單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用;2005年08期

10 萬柳,蔡斌,郭玉東;VxWorks中信號量實現(xiàn)任務(wù)間通信與同步機制分析[J];信息工程大學(xué)學(xué)報;2004年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 杜非;基于氣泡聲學(xué)的水下氣體泄漏檢測方法研究[D];天津大學(xué);2016年

2 姜瑩;多波束測深系統(tǒng)高分辨力底檢測：算法研究與系統(tǒng)實現(xiàn)[D];浙江大學(xué);2012年

3 沈鄭燕;聲納圖像去噪與分割技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

4 湯春瑞;水下目標聲圖像多分辨率分析及識別研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉文進;基于前視聲納的水下管線泄漏檢測方法設(shè)計與實現(xiàn)[D];哈爾濱工程大學(xué);2017年

2 尹鵬;基于VxWorks嵌入式操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信研究[D];西安電子科技大學(xué);2015年

3 紀澤慧;水下直線目標處理算法在海底管道檢測機器人中的應(yīng)用[D];中國海洋大學(xué);2015年

4 張春雨;基于VxWorks的水下目標探測跟蹤系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2015年

5 周瑞雨;基于VxWorks操作系統(tǒng)的SAR實時成像及艦船目標檢測算法實現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2014年

6 寇賢聰;前視聲納圖像目標跟蹤系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2013年

7 衛(wèi)磊;靖惠管線泄漏檢測系統(tǒng)的分析和優(yōu)化[D];西安石油大學(xué);2011年

8 石麗娜;基于VxWorks的水下目標識別系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

9 李東起;基于VxWorks的水下目標探測跟蹤研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

10 魏銀英;基于VxWorks的成像聲納顯控軟件技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2008年

本文編號：2888612