滩涂掩埋管道探测与定位关键技术研究

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1、滩涂掩埋管道探测与定位关键技术研究ResearchonKeyTechnologiesofDetectionandLocationofShallow-buriedPipeline学科专业：仪器仪表工程研究生：谢思捷指导教师：陈世利副教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十二月摘要浅滩掩埋输油管道泄露抢修围堰作业是常见的工程技术，在当前技术条件下，围堰作业由于尚不能精确定位到管道位置，无法有效地缩小作业范围而导致较大的维修成本和事故风险。为实现浅滩掩埋下输油管道泄漏抢修围堰作业的智能化和自动化，对管道径向横截面圆位置的精确定位必不可少。在国内外专项研究尚属于空白的情况下，本文着重梳理了

2、海洋声学中常用的掩埋管道探测技术，结合浅滩输油管道抢修作业的实际应用，首先讨论了掩埋管道探测声学模型，分析了声波在滩涂介质中的衰减特性，为声学方法探测提供了一定理论依据。其次基于声学亮点模型和几何声线法建立了管道回波模型及管道横截面圆位置的几何模型，通过仿真实验和水箱实验验证了模型的有效性，在此模型基础上，基于最小二乘思想建立修正目标函数，提出了圆心坐标的求解算法。该算法的圆心定位具有可靠的精度，最大误差为0.02m，平均误差在0.01m以下，满足工程应用的基本要求，可为今后浅滩环境下的管道截面圆位置定位方法提供理论参考。最后本文从系统设计角度介绍了4通道声波发射和接收软硬件平台，第一，介

3、绍了DDS信号发生电路、功率放大电路、电源系统和储能电路、回波的隔离选通、压控放大及FPGA主控模块等多个系统硬件模块设计，第二，介绍了FPGA程序、上位机LabVIEW程序等系统软件设计，以状态转移图和流程图的形式说明系统工作过程；最后，对本课题设计的检测系统进行了调试与验证。关键词：掩埋管道定位；声学亮点模型；最小二乘；FPGA硬件设计IABSTRACTItisacommonengineeringtechnologytorepairshallow-buriedleakingoilpipelinesthroughthecofferdamwork.Duetothelimitationofc

4、urrenttechnologybywhichcofferdamworkcannotlocatethepipelinesaccurately,itisinvalidtonarrowthescopeofoperation,whichalsocausesmoremaintenancecostandaccidentrisk.Inordertorealizetheintelligenceandautomationofthiskindofcofferdamwork,itisessentialthataccuratelylocatingthecross-sectioncirclefromradiald

5、irectionofthepipes.Inthecaseoftemporaryshortageofspecialresearchathomeandabroad,thisthesisfocusedonasystematicdeclarationofdetectiontechnologyonburiedpipelinesusedfrequentlyinoceanacoustics.Itfirstspotlightedtheacousticmodelofburiedpipelinedetection,combinedbypracticeinrepairingworkofshallow-burie

6、doilpipelinesandanalyzedattenuationcharacteristicwhensonicwavewasintheshallowmedium,whichprovidedconsiderabletheoreticalbasisforacousticdetectionmethodology.Then,basedonthehighlightmodelandgeometricsoundraymethod,itestablishedthepipelineechomodelandgeometricmodeloflocationofpipelinecross-sectionci

7、rcle.Throughthesimulationandwatertankexperiment,itverifiedtheeffectivenessofthemodelabove,basedonwhichthealgorithmofcenter-pointlocatingcalculationwasputforwardaftertheleast-square-revisedobjectivefunctionwasbuil