数字孪生水下三维实景数据底板获取技术研究

为了获取高精度的水下三维模型细节纹理结构,满足数字孪生建设对水下三维实景数据底板获取的需求,实现对水下构筑物的实时可视化动态监测,基于GNSS技术、USBL技术研究构建了水陆一体化定位技术,融合水陆一体化定位技术、有缆ROV和水下摄影测量设备等研发了水下摄影测量系统,实现了数字孪生水下三维实景数据底板的获取,并采用多波束测深系统、水下三维全景成像声纳系统等对水下摄影测量系统获取的三维实景模型数据成果精度进行了验证,结果表明：水下摄影测量系统获取的三维实景模型精度满足规范要求,可用于数字孪生流域、工程等水下基础数据底板的建设,也可为水下高精度三维场景重构再现和水利工程水下构筑物实时动态监测提供技术支撑。     

水下无人装备声呐发射机自动测试系统设计

针对某型水下无人装备声呐发射机的工作原理和现有声呐发射机检测方式落后,检测能力不足等问题,设计了基于国产PXI总线仪器平台的水下无人装备声呐发射机自动测试系统;首先分析了发射机的工作原理和检测需求,进行声呐发射机自动测试系统的总体设计;其次介绍自动测试系统的软硬件平台实现方法和关键技术,包括国产PXI总线仪器选型、接口单元设计、测试平台软件架构设计和实现以及数据处理算法设计和实现等技术;最后对声呐发射机自动测试系统的试验结果进行分析;应用结果表明：该系统能实现某型水下无人装备声呐发射机主要参数的测量,相较传统测试方法,自动测试系统能够节约大量的测试时间与人力,实现测试工作效果的最大化提高,并且还能防止人为因素对测试结果造成的不良影响。     

一种用于水电站水工建筑物缺陷检测的水下机器人系统设计

水电站水工建筑物缺陷检测目前是由观察型机器人或潜水员完成,存在检测手段少、运行受水流影响等问题。对此,文章针对水电站水工建筑物结构及缺陷特点,研制了一套水下检测机器人系统。该系统利用水动力仿真、静水力分析及稳性分析等方法,优化推力和布局布置、外形等选型和设计,解决了本体浮游和履带复合控制模式、不规则坝面吸附技术、多自由度姿态翻转和运动、缺陷位置定位等技术问题;同时,采用自主开发后处理软件,对声光电传感器数据进行融合,完成了缺陷判别与测量以及修补材料方量的估算,软件识别理论误差为7.4%,小于项目的 20%误差率要求,解决了缺陷判别与测量和修补材料方量的估算问题,最终实现了机器人在水电站水工建筑物的水平面、斜面坡、直立面及曲面环境下的水下缺陷检查、缺陷定位、缺陷尺寸测量及数据记录收集等水下无人化检测作业的目标。最后,通过水池功能试验,验证了该水下检测机器人系统的可行性。     

散射式水下在线浊度传感器设计

针对环境在线监测系统中对浊度测量的要求,设计了散射式水下在线浊度传感器.传感器采用水下散射光测量法,介绍了浊度传感器的软硬件开发,包括水下浊度传感头、信号检测电路、MSP430单片机为核心的处理与控制部分及上位机程序.传感器具有水下在线测量、浊度标定、串口通信和数据存储等功能,其分辨力为0.1 NTU,精度为±2%,能满足环境在线监测系统中对水浊度测量的要求.     

多波束测深系统在大浪淀水库库容测量中的应用

多波束测深系统可对水下地形进行全覆盖扫描测量,精确测得水下地形地貌,可应用于库容计算、冲淤分析、河道勘测等方面。结合Hydro Bat多波束测深系统在大浪淀水库库容测量的实例,介绍多波束系统在水库库容测量中的应用,进一步说明多波束测量技术的高精度、全覆盖、高分辨率和高效率的特点。     

基于9DOF IMU的AUV惯性导航技术研究

水下机器人(underwater vehicle)惯性导航技术是目前机器人控制技术的难点,通过加装不同类型的IMU组件,可以实现水下机器人姿态、方位等参数的测量,并将这些参数作为反馈输入来实现水下机器人的精确控制;针对低成本微惯性传感器的应用特性,采用Sparkfun、Arduino Mega和Raspberry Pi,设计了基于Raspberry Pi集中处理、Arduino控制板分布式控制的微小型捷联惯导系统,实现了水下机器人惯性导航系统的全部导航和制导参数读取,包含位置坐标、线速度、角速度、姿态角、方位角等信息,通过水池试验表明应用表明本系统满足Eco-dolphin的水下定航控制要求。     

多波束技术在淮河流域水下地形测量中的应用探析

针对水下地形测量在河湖管理、采砂监管、岸线利用及河道治理等方面起着十分重要的作用,有利于河道生态的持续稳定发展,将多波束技术应用在淮河流域水下地形测量中。通过对水下多波束、侧扫声呐等测量技术工作原理的研究和分析, 提出无人船水下多波束三维测量的应用模式。根据水域面积、深度及水中实际情况,合理划分测区,结合无人机的正射影像,利用多波束无人船测深系统进行水下扫描,再通过软件合成获得水下三维影像,直观地反映出河道区域地形地貌,与设计数据进行对比,得出是否符合设计文件的结论,并将多波束技术应用在淮河流域河段养护项目和疑似偷采、盗采情况的水下三维测绘。实际应用表明：多波束技术应用于水下地形测量,可获得精确的水下地形数据和水底地貌影像,解决水下地形地貌无法实景还原展示的难题,提高水下地形测量工作的效率与质量,为相关河道治理和采砂监管工作提供有价值的参考。     

光纤荧光海藻浓度测量仪的研究

本文提出了一种检测海水中藻类浓度的新方法,在利用原有浓度检测原理的基础上,应用光纤和荧光技术,采用脉冲氙灯作为激发光源,并配合有效的微弱信号检测技术以实现藻类浓度的在线测量。该系统具有结构简单、水下探头无源以及高精度、高灵敏度等特点。实验证明,该系统用于海藻浓度的检测是可行的,也可应用此方法检测海水中其它物质的浓度。     

基于立体视觉的水下三维测量系统研究

随着我国海洋战略的提出,对于海洋观测技术和装备的需求日趋迫切。针对现有水下成像系统无法实现精确三维测量这一难题,该文提出了一种基于双目立体视觉原理的水下三维测量系统研究方法,并对其可行性进行了验证。针对水下成像过程存在的水体界面折射问题,该文提出了相应的相机成像模型及系统参数标定方法,建立了防水深度达 30 m 的双目水下测量及照明装置,并在水池、近海条件下进行了实地测试。实验结果显示,在水体条件较好的情况下,系统观测距离可达 8 m 以上,有效测量距离为 0.5～4.5 m,在 0.5 m 和 4.5 m 距离处的测量误差分别为 2 mm 和 20 mm。实验验证了 水下双目成像模型、立体标定、测量模型等方法的有效性和精确性,可为水下检修作业等海洋工程行业提供一种有效的三维测量技术手段。     

基于虚拟仪器的水下发射器冲击波测试

针对水下发射器发射时冲击波的特点,组建了一种基于虚拟仪器技术的水下冲击波参数测量系统,阐明了系统工作原理、实现方法及系统的硬件和软件结构;利用该系统实现了水下冲击波特征参数的测量,并对冲击波的传播的特点及应力分布特性进行了研究.