高精度和高分辨率水下地形地貌探测技术综述

为提高我国水下地形地貌探测技术水平,促进对海洋的科学认知和高效开发利用,文章综述高精度和高分辨率水下地形地貌探测技术研发进展,并分析关键技术发展方向。研究结果表明:采用机载激光、多波束、侧扫声呐、浅地层剖面、双频识别声呐、合成孔径声呐和水下三维扫描声呐等探测技术以及无人船、水下机器人和海底观测网等探测平台,可获取高精度和高分辨率水下地形地貌信息;应在提高设备性能、减小探测误差和完善数据算法等方面加大研究力度,重点发展综合探测技术,从而全面和清晰地反映水下地形地貌。     

三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状与展望

为提高我国海底掩埋目标的探查技术,以适应不断发展的探测需求,文章综述了现有三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状,并对关键技术的发展方向进行了展望。结果表明:尽管三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中具有较大的技术优势,但是由于技术难度大、复杂程度高,可提供成熟商用设备的单位仅有两家,中科探海研发的三维合成孔径声呐系统多项核心技术指标领先。运动误差估计和补偿技术,掩埋目标特征提取和识别分类算法,多通道大规模数据并行处理算法等关键技术将成为三维合成孔径声呐系统未来的发展方向。     

海底小目标声呐图像一维最大熵分割的改进方法

作为海洋高新技术,水声技术日益成为海洋水下探测的主要手段,而且有时是惟一的手段(比如对浑水或对远距离的情况).海底物体搜索、海底救捞、海底探宝、海底“黑烟囱”探测、海底施工以及海洋军事活动(如探测水雷)等多方面都涉及海底小目标(这里的“目标”泛指物体,包括各种人工制造物和自然形成物)探测.对海底小目标探测是一个困难而有意义的课题.高分辨成像声呐在海底小目标探测方面具有良好的应用前景.将高分辨成像声呐应用于海底小目标探测,图像处理是关键.图像分割是图像处理中的主要问题,也是机器视觉领域低层视觉中的主要问题,同时它又是一个经典难题.     

甲烷羽状流水体声学探测及气体运移通量测算

探测海底天气渗漏活动形成的甲烷羽状流,研究其基本特征和分布,具有重要的资源和环境效益。目前对于海底甲烷羽状流的声学探测主要以船载单波束和分裂波束声呐系统为主,而多波束声呐系统的声学图像分辨率较高,覆盖宽度较大,具有良好的应用前景。对于单个或少量甲烷羽状流气体运移通量的测算,多采用声学原位观测,即通过ROV携带声呐探头或在海底固定安装特定声呐系统的方式实现。对于某一海域海底天然气渗漏总量的测算,多采用走航式声学遥感观测,其核心是建立由甲烷羽状流体积反向散射强度反演其气体运移通量的模型。     

浅海海底管道探测技术探讨

近年来,随着我国海洋资源的不断开发,越来越多的海洋油气资源采用海底管道(输油、输气等)输送到陆地.这些管道长期在水深较浅的海底中,容易受到风浪、潮流或其他外力作用,一旦发生悬空或断裂,不仅会造成大量的经济损失,而且可能产生重大的海洋污染,从而带来巨大的社会不良影响.因此,对海底管道定期检测非常重要.海底管道铺设后要进行检测,探明海底管道在海底的实际状态,查明受破坏的程度和位置,以便进行维护.通过分析表明,采用测深仪、SES-96声参量阵极浅地层剖面仪及侧扫声呐进行综合探测是比较有效的方法.     

声学探测技术在富钴结壳勘探中的应用及展望

富钴结壳是深海固体矿产之一,其资源潜力巨大,已成为世界各国竞相调查的重要对象。声学探测技术作为一种海洋地球物理探测技术,因其在大面积调查和局部连续精细勘探方面的独特优势,在富钴结壳资源调查中得到了广泛应用。在搜集整理国内外相关文献的基础上,概述了富钴结壳的分布特征,分析传统勘探方法的不足,系统介绍多波束、侧扫声呐、浅地层剖面、原位高频测厚等声学探测技术在富钴结壳勘探中的应用现状。通过比较分析国内外声学探测技术发展现状以及未来富钴结壳勘探需求,提出3点未来发展趋势：开发一体化声学探测技术以实现海底特性的综合性测量;综合利用深海潜水器以实现近底高精度探测;深度融合大数据和人工智能技术以实现海量声学数据的智能化处理。     

起伏地形条件下侧扫声呐探测存在的问题及改进方法——以海底管道检测为例

基于海底管道的检测数据,讨论了起伏地形对传统侧扫声呐探测结果的影响,为起伏地形条件下应用侧扫声呐探测海底管道的调查方案设计、探测精度优化提供参考。研究表明:海底管道周边存在的冲刷槽以及堆积体等复杂地形对侧扫声呐探测有遮挡效应,测量过程中需控制拖体与目标物的相对位置,保证有效覆盖,避免漏测;根据区域地形分布特征,海底跟踪时通过手动设置符合整体地形走势的水深值,忽略小规模起伏地形对拖体高度取值的影响,可有效降低斜距改正后平面位置偏离及目标物的形态畸变;分析了地形起伏的影响因素(k)对海底管道出露及悬空高度计算结果的影响,通过几何近似和简化,提出了海底管道出露及悬空高度计算结果改进方法,并应用该方法对已知管径的海底管道进行了验证,修正后管径反演值的绝均差和均方差都减小为原来的10%左右,可供侧扫声呐数据解释借鉴。     

海底热流原位探测技术研究进展及趋势

海底热流探测可为海底资源评价和地球动力学研究提供基础数据。海底热流原位探测是获取海底热流数据的有效手段,文中回顾了海底热流原位探测技术的进展,分析了探针、热毯、钻孔等不同热流原位探测技术的特点和应用场景,结合科学需求和资源开发需求对海底热流原位探测技术的发展趋势进行了展望。     

SC—8型便携式流速仪

１　引言侧扫声呐是近代海底地貌测量的主要设备,是海上资源开发、井位调查、港湾工程、探测暗礁和沉船等作业的最有力的工具。侧扫声呐对海底的探测是通过拖曳在船后的拖鱼向海底发射超声波束来实现的。工作时,拖鱼体上的两侧线阵形成０２°的扇形波束,可以获得垂直于航向的一条高分辨率的海底地貌信息。随着拖体向前运动,就拼接成一幅完整的海底图象。很显然,拖鱼航速测定的准确与否直接影响着侧扫声呐输出图象的质量。有三种方法可测量拖鱼的航速,但它们均有缺陷。ＧＰＳ在计算瞬时速度时会产生较大的漂移;使用计程仪和通过计算…     

CS-1型侧扫声呐系统研制成功

由中国科学院声学研究所研制的CS-1型侧扫声呐系统,于1996年6月20日在北京通过专家技术鉴定。 侧扫声呐是海洋探测的重要工具之一,应用极其广泛。对于海洋水下救捞、海洋地质地貌测量、海洋大陆架专属经济区划分、海洋工程、海洋开发以及港口航道疏浚、河港、大坝维护探查乃至渔业研究等都是非常有效的探测工具。侧扫声呐还可用于探查海底的沉船、水雷、导弹和潜艇活动等,因而更有其重要的军事意义。所     

侧扫声纳和浅地层剖面仪在海管断裂点定位中的应用

结合侧扫声纳和浅地层剖面仪能够探测出海底管道附近异常,路由区浅层地质灾害以及海底管道位置等特点,通过实例探讨了侧扫声纳和浅地层剖面仪在海底管道断裂位置定位中的应用。船锚、浅层气等外力作用,导致海底油气管道断裂,使用侧扫声纳和浅地层剖面仪探测的方法,综合分析海水中的气体屏蔽现象、海底面的地貌异常特征、海底管道的平面位置及埋深变化、地层剖面的反射空白等异常特征,快速准确定位海底油气管道断裂位置。     

一种新型浅地层剖面仪试验平台的设计与应用

为探讨浅地层剖面声学影像形成原理,探索不同类型沉积物声学影像特征,厘清不同沉积物厚度的识别算法,采用模块化设计理念研发一套新型浅地层剖面仪室内试验平台。综合室内定位技术、浅剖试验平台尺寸合理性分析技术、直线轨道与换能器之间的固定连接技术和海底声学参数反演技术,形成一个试验高效的新型平台。通过铺设沉积物和布设障碍物,利用浅地层剖面仪进行走航测试,精确识别了沉积物的厚度和障碍物的位置。该平台可为开展理想环境下沉积物厚度和障碍物识别提供较好的测试环境,为声学海洋设备性能检测提供测试平台,也为高校学生和技术人员提供设备使用培训场所。     

高分辨率多波束声纳系统海底目标物检测技术

结合近几年出现的高分辨率多波束测深系统的性能特点,通过检测实例,介绍其在海底管道(尤其是裸露管道)检测中的相关技术及及检测成果。结果证实,高分辨率多波束测深系统可以准确检测海底小尺寸目标物,为其新特性的推广应用提供技术参考。     

侧扫声纳探测技术的研究现状及发展

侧扫声纳是海洋地形地貌测量的必备仪器之一。主要介绍了侧扫声纳探测技术的研究现状,重点阐述了其最新研究进展,给出了侧扫声纳技术未来的发展趋势。针对国内外实际应用需求,提出了几点建议,以期为我国侧扫声纳技术相关研究提供参考。     

亚欧海底光缆香港东段路由环境特征及其评价

根据勘察路由区旁侧声纳、浅地层剖面仪和多波束测深等物理探测手段所获取的资料 ,结合其它自然环境资料 ,对路由区海底工程地质条件进行了详尽的分析 ,通过对地质灾害、海洋开发活动等影响的分析 ,对该段路由区环境进行了综合评价。研究结果表明 ,该段路由工程环境适合于光缆的铺设     

侧扫声纳在护底工程软体排检测中的应用

介绍了Edge Tech 4100-P型侧扫声纳系统的技术指标和工作原理。根据水下潜堤护底工程软体排的铺排特点,侧扫声纳系统可以高效地探测出海底面以上相邻的软体排结构物的拼接和叠加情况,同时还可以根据侧扫声纳图像判断软体排有无破损及破损后填充物流失情况,评估水下潜堤护底工程的安全系数。通过实例说明了侧扫声纳在软体排检测的外业工作流程,以及内业图像识别与分析,探讨侧扫声纳系统在水下水工结构物探测的应用前景。     

九州-帕劳海脊两侧深海盆地浅部地层结构特征与分析

由于欧亚板块、澳大利亚板块与太平洋板块运动的作用,菲律宾海盆形成了全球最为复杂的海底地形地貌.以九州-帕劳海脊为界,西菲律宾海盆与帕里西维拉海盆呈现不同的构造走向与地形特征,海脊两侧发育丰富的深海地质现象与地貌特征.参量阵浅地层剖面仪因其差频窄波束的发射特点,能够获得深海海底浅地层的高分辨率剖面.本文利用参量阵浅地层剖...     

基于声呐图像的深海采矿车组合定位导航算法

实现高精度的定位导航是深海采矿车完成海底工作任务的基础条件。在采矿车行进过程中,声呐设备生成的图像信息能够反映海底场景的变化,从而体现采矿车本身的运动,由此建立了一种声呐图像里程计,并将其与轮式里程计和USBL测量数据相结合提出了一种深海采矿车组合定位导航算法。首先对多波束前视声呐图像进行预处理,然后使用Canny算法进行特征检测并对特征点云进行配准,再结合声呐成像原理构建了声呐图像里程计运动模型,最后通过轮式里程计运动模型推导预测方程、声呐图像里程计运动模型和USBL测量数据推导更新方程,利用EKF（extended Kalman filter）算法实现基于多传感器融合的定位与姿态估计。海试数据验证了该组合定位算法能实现轮式里程计、声呐里程计和超短基线在速度、位置、艏向角估计、定位速率的精度互补,具有一定的有效性和精确性,该算法为深海采矿车的定位与导航算法研发提供了参考。     

浅地层剖面探测技术及应用

浅地层剖面技术是应用声学原理高效获取海底面之下浅部地质地球物理信息的探测技术,主要应用于海底浅地层信息探测和海底特殊目标调查等方面。以往研究者主要集中在浅地层剖面的具体应用,未对不同类型的浅剖应用效果进行综合对比分析,本文比较4种不同类型浅地层剖面系统的组成、工作方式和探测技术参数,认为不同尺度的探测目标需要应用不同类型的浅地层剖面系统。分析和对比不同震源类型浅剖的应用案例,发现电火花震源穿透能力最强,分辨率随工作频率的增大而提高;电磁式震源穿透深度与分辨率适中;压电换能器震源分辨率较高,穿透能力弱;参量阵震源利用差频原理,信号中包含高频与低频两部分,能够同时得到较高的分辨率与较大的穿透深度。未来浅地层剖面探测技术向深穿透、高分辨率、高效率、二维向三维甚至高维探测方面发展。