海底管道是海洋油氣資源的重要運輸方式,如果出現(xiàn)懸空甚至破裂的狀況,會帶來巨大的經(jīng)濟損失和嚴重的環(huán)境污染。針對在復雜的海底環(huán)境中能見度低、檢測成本高等難點,本文對海底管道的探測和三維可視化技術(shù)進行了研究與實現(xiàn)。首先,給出一種從多波束聲吶圖像中自動檢測、識別和提取水下氣體的方法,用最大類間方差法選取最佳閾值,分離水下各目標和水體背景,并用特征篩選和改進的局部閾值分割方法,即對原圖像和參考圖像的差值圖像設(shè)定閾值,使得閾值與像素點的位置和局部明暗程度有關(guān),從水下目標中分割出氣體,該方法在氣體目標和水體背景灰度值差異較小的情況下分割效果較好,解決了人工判讀聲吶圖像效率低、準確性差的問題。通過數(shù)學形態(tài)學的方法提取輪廓,實現(xiàn)對于泄漏氣體的定位和泄漏規(guī)模的定量估計。其次,從側(cè)掃聲吶文件中提取信息并生成二維的側(cè)掃聲吶圖像,結(jié)合探測時的物理幾何關(guān)系,給出一種計算海底管道懸空高度的方法,并以實測數(shù)據(jù)驗證了其有效性和實用性。結(jié)合海底管道的特點,以擬合圓的形式完成三維點云重建。接著,針對海底管道所在區(qū)域的海底地形點云中存在孔洞的問題,結(jié)合側(cè)掃聲吶等間隔采樣的特點,對點云均勻切片和投影,通過三次B樣條曲線擬合的方... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

海洋油氣泄漏然而海底管道長期受到洋流沖刷和地質(zhì)災害的影響，再加上人類活動等第三

浙江大學碩士學位論文8年代在單波束聲吶的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，它是一種精密的海底地形勘測技術(shù)，將很多個獨立的換能器單元以一定的排列方式組合成一個換能器陣列并加以封裝�，F(xiàn)有的多波束聲吶測深系統(tǒng)由多個不同的子系統(tǒng)組成，包括多波束聲學系統(tǒng)、多波束輔助系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三大塊。其中多波束聲學系統(tǒng)包括發(fā)射換能器陣列、接收換能器陣列以及信號傳輸控制系統(tǒng)，多波束輔助系統(tǒng)包括實時導航和定位的全球定位系統(tǒng)（GPS），提供測量船橫堯縱堯艏向、升沉等狀態(tài)的姿態(tài)傳感器，提供航向和波束歸位的電羅經(jīng)以及提供所測海區(qū)聲速剖面信息的聲速剖面儀等等，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要負責測深數(shù)據(jù)的輸出、存儲和顯示等功能。圖2.2多波束測深示意圖多波束聲吶安裝在水面船只上，測深原理如圖2.2所示：發(fā)射換能器陣列向海底發(fā)射寬扇區(qū)覆蓋的聲波，以條帶測量的方式對海底進行全覆蓋測量，每個條帶的覆蓋寬度可達水深的數(shù)倍；接收換能器接收反射或散射的回波，在垂直于航向的方向上形成一個扇形波束區(qū)。由發(fā)射和接收扇區(qū)指向的正交性形成波束腳印，便可在和船只航跡垂直的條帶覆蓋區(qū)域內(nèi)得到幾十個甚至上百個水深點[7]，較為可靠和清晰地還原海底地形的起伏變化和特征。與傳統(tǒng)的單波束聲吶每次測量只能獲得測量船垂直下方的一個測深點相比，多波束測深系統(tǒng)能夠獲得一個條帶覆蓋區(qū)域內(nèi)多個測量點的水深值，實現(xiàn)了從“點—線”測量到“線—面”測量的跨越，同時由于其具有掃幅寬、全覆蓋、高效率和高精度的特點，在大面積的海底地形勘測中得到了廣泛的應用。2.2多波束聲吶水體成像原理多波束聲吶起初的設(shè)計目的是水深測量，但是隨著聲學技術(shù)的發(fā)展，目前的

浙江大學碩士學位論文12沿航跡的波束水平開角為0.16°。向正下方發(fā)射聲波對氣體目標進行定位和識別。圖2.6所示為聲吶文件中記錄的水下氣體聲吶圖像截圖，可以看出噪聲較為嚴重且氣體目標輪廓不連續(xù)、不清晰；同時軟件自帶的網(wǎng)格線會對邊緣檢測造成干擾。因此需要對原始的聲吶圖像進行預處理。圖2.6原始聲吶圖像圖2.7灰度圖（1）灰度化彩色圖像（RGB）是指由紅色（Red,R）、綠色（Green,G）和藍色（Blue,B）三種基本顏色組成的圖像�；叶葓D像是指只有亮度差別而沒有顏色差別的圖像，每個像素由一個量化后的灰度值來描述，可以是0~255（從黑到白）的灰度區(qū)間內(nèi)的任何一個值，用Y表示灰度級，彩色圖像和灰度圖像之間的轉(zhuǎn)換公式為：=0.229×+0.587×+0.114×(2.2)轉(zhuǎn)換后的灰度圖像如圖2.7所示，噪聲干擾仍較為嚴重且對比度不足。（2）圖像濾波由于聲吶圖像是從軟件界面中截圖得到，因此在灰度圖像中存在網(wǎng)格線和刻度等無關(guān)目標。考慮用濾波的方式減弱噪聲，同時去除網(wǎng)格線。在聲吶圖像中，噪聲表現(xiàn)為高頻特性，而目標表現(xiàn)為低頻特性。濾波模型的選擇對平滑后的圖像效果有直接影響，較為經(jīng)典的有均值濾波算子、中值濾波算子和頻域低通濾波算子等。它們共同的特點是消除高頻噪聲，保留低頻信號[8]。1.均值濾波算子均值濾波也叫鄰域平均法，是較為常用的一種平滑算子。核心思想是在圖像中選擇一個鄰域（子圖像），用該鄰域內(nèi)所有像素點的平均灰度值替換中心像素點的灰度值，削弱隨機噪聲。設(shè)鄰域為×個像素點，則

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本文編號：3231275