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基于前视声呐的AUV海底管道跟踪技术研究
| 论文题名： | 基于前视声呐的AUV海底管道跟踪技术研究 |
| 关键词： | 自主水下航行器;海底管道跟踪;前视声呐;图像处理;坐标转换 |
| 摘要： | 我国海洋油气资源的开发和储运技术发展迅猛。日益增多的海底管道对其巡检方式提出了更高的要求。目前，对管道进行巡检主要依靠调查船和遥控无人潜水器（RemoteOperatedVehicle,ROV）沿管道进行逐段排查，其工作量大且成本极高，急需智能化解决办法。随着科技的发展，能够进行水下作业的自主水下航行器（AutonomousUnderwaterVehicles,AUV）应运而生，且逐渐成为海洋探测领域主要的工具。同时，水下声探测技术的应用也十分广泛且有效，尤其是前视声呐的出现。因此采用AUV搭载前视声呐开展实时管道巡检是个十分有效的途径。本研究在总结了国内外相关研究的基础上，对海底管道跟踪技术展开了研究，实现了在无母船辅助的情况下利用AUV搭载前视声呐实时对管道进行跟踪。本次研究的主要内容及成果如下： （1）利用AUV搭载前视声呐获取海底管道的二维伪彩色声呐图像，并转换为8通道灰度图像，然后采用声呐图像的分割及二值化算法得到海底管道二值化图像，实现了海底管道声呐图像的预处理。 （2）针对管道图像细化处理计算量大的问题，提出了一种优化的Rosenfeld细化算法，有效剔除了二值图像中的冗余数据，并缩短了管道图像的细化时间。该算法根据经典Rosenfeld算法原理，结合海底管道二值化图像的特点，将细化范围缩小至只包含管道图像有效像素范围内，并只在该范围内迭代计算。 （3）基于细化后的管道图像，提出了一种实时获取管道图像上的跟踪目标点坐标位置的方法，以实现管道路由跟踪。该方法采用全最小二乘法拟合细化后的管道图像，通过判断所有管道像素点到拟合直线的距离和来辨别直管道与弯曲管道，并对直管道与弯曲管道分别用直线拟合与幂函数拟合获取管道路由。 （4）利用AUV搭载前视声呐，并依据本文开发的管道跟踪算法，进行了海底管道跟踪试验。海试结果表明，本文提出的管道跟踪技术可以实现准确、稳定的海底管道路由跟踪。 |
| 作者： | 张玉鹏 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张宏伟;姜民 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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