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基于高速ROV巡航的多波束图像声呐海缆三维重建方法

徐海宁 王勇 敬强 丁同臻 郁飞 沈清野 曹晟哲

徐海宁, 王勇, 敬强, 等. 基于高速ROV巡航的多波束图像声呐海缆三维重建方法[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0036
引用本文: 徐海宁, 王勇, 敬强, 等. 基于高速ROV巡航的多波束图像声呐海缆三维重建方法[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0036
XU Haining, WANG Yong, JING Qiang, DING Tongzhen, YU Fei, SHEN Qingye, CAO Shengzhe. The 3D Reconstruction Method of Submarine Cables Based on High-Speed ROV Cruising with Multibeam Sonar[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0036
Citation: XU Haining, WANG Yong, JING Qiang, DING Tongzhen, YU Fei, SHEN Qingye, CAO Shengzhe. The 3D Reconstruction Method of Submarine Cables Based on High-Speed ROV Cruising with Multibeam Sonar[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0036

基于高速ROV巡航的多波束图像声呐海缆三维重建方法

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0036
基金项目: 浙江省电力公司科技项目(基于多传感器融合的海底电缆智能运维数字孪生技术研究)(5211ZS240005).
详细信息
    作者简介:

    徐海宁(1983-), 男, 高级工程师, 主要研究方向为高电压与绝缘技术

  • 中图分类号: U674.76; TJ630.34

The 3D Reconstruction Method of Submarine Cables Based on High-Speed ROV Cruising with Multibeam Sonar

  • 摘要: 作为海上风力发电场电能输送的关键通道, 海底电缆的安全运行对系统稳定至关重要, 但由于其所处环境复杂, 针对海缆的三维重建技术成为其检测和维护的关键手段。目前常规的海缆三维重建方法成本高, 且在深海环境下效果有所下降。因此, 文中提出一种基于高速遥控水下航行器(ROV)巡航的声呐海缆三维重建方法, 借鉴了合成孔径思想, 并采用空间雕刻的方法简化计算, 综合处理ROV巡航过程中多次声呐观测信息共同反映的空间占据情况。在仿真试验中开展了与主流方法的对比, 结果显示文中方法使用常规的多波束图像声呐不仅降低了海缆重建的成本, 还能实现更高的重建精度, 具有重要的应用价值和推广潜力。

     

  • 图  1  高速ROV本体的布局

    Figure  1.  Layout of the high-speed ROV body

    图  2  多波束声呐成像模型

    Figure  2.  Multibeam sonar imaging model

    图  3  多波束图像声呐丢失仰角信息

    Figure  3.  Multibeam sonar loses elevation angle information

    图  4  声呐合成孔径原理

    Figure  4.  Principle of synthetic aperture sonar

    图  5  高速ROV海缆三维重建算法流程图

    Figure  5.  Flowchart of the high-speed ROV submarine cable 3D reconstruction algorithm

    图  6  声呐成像

    Figure  6.  Sonar imaging

    图  7  声呐概率点云生成

    Figure  7.  Sonar probability point cloud generation

    图  8  空间雕刻算法示意图

    Figure  8.  Schematic diagram of the spatial carving algorithm

    图  9  实验场景

    Figure  9.  Experimental scenario

    图  10  悬空段与裸露段图示

    Figure  10.  Diagram of the suspended segment and the exposed segment

    图  11  海缆三维重建结果

    Figure  11.  3D Reconstruction Results of the Submarine Cable

    表  1  MS400P与M750d参数对比

    Table  1.   Comparison of MS400P and M750d parameters

    设备垂直开角/(°)波束开角/(°)波束数更新频率/Hz
    MS400P214351220
    M750d20130
    下载: 导出CSV

    表  2  重建结果定量分析

    Table  2.   Quantitative analysis of the reconstruction results

    实验组裸露段
    长度/mm
    裸露段
    误差/%
    悬空段
    长度/mm
    悬空段
    误差/%
    1548.239.1139.2458.30
    2617.982.4557.7738.62
    3596.151.1691.253.05
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-02-28
  • 修回日期:  2025-04-01
  • 录用日期:  2025-04-16
  • 网络出版日期:  2025-05-23

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