海底管道作为一种海洋油气运输方式,以其高效、经济的特点,被广泛应用于当今的海洋工程中,已经成为海洋石油与天然气开发的重要组成部分。由于海底管道所处的海底环境复杂,在海流的长期冲刷和海底地质灾害频发的工作条件下,管道周围承载管道的泥沙很容易被掏空,从而使海底管道产生悬空。当海流经过悬空的海底管道时形成的涡流又会加快悬空段周围泥沙的冲蚀速度,不断增加管道悬跨段的长度。悬跨段管道周围涡旋的周期性发放会引起悬跨管道的周期性振动,使管道的使用寿命降低,严重时将导致管道的疲劳破坏。如果悬空的海底管道段不能被及时发现,悬跨段在海流的冲蚀下不断变长,由于振动而发生疲劳断裂,将会造成严重的海洋污染和重大的经济损失。为了延长海底管道寿命,保证海底油气输送的安全,海底管道悬空段的动力特性研究、悬空管道的检测方法研究和悬空管道的填埋治理方法研究都十分重要。本文围绕悬跨海底管道的动力特性、悬空海底管道的检测以及管道悬空段的填埋治理方法展开研究:(1)采用理论与算例相结合的方法对内、外流共同作用下海底管道悬跨段的动力特性进行研究。根据管跨段在内、外流作用下的振动微分方程,推导在内流影响下的管跨段极限冲刷长度公式。通过算例分析,对管跨段在顺流方向和垂直流方向上的极限冲刷长度和动力反应规律进行比较,研究其动力特性随内、外流变化的规律。(2)选取侧扫声纳进行海底管道悬空状态的检测。通过侧扫声纳成像性能的研究和模拟,根据侧扫声纳工作原理,分析侧扫声纳对海底管道悬空状态进行检测的可行性。并选取某型号的侧扫声纳产品对海底管道进行检测试验,分析验证其用于悬空管道检测的结果。(3)对海底管道的侧扫声纳检测图进行去噪研究。复杂的海洋环境造成声纳图像具有分辨率低、随机干扰因素多等缺点,管道声纳图的噪声严重影响对于管道状态的分析与判断。为了准确地得到所检测管道的状态,需对管道声纳图像进行去噪处理。基于典型的小波阈值去噪和针对合成孔径图像去噪的几种方法进行研究和试验,分析效果,选取适用于侧扫声纳海底管道检测图像的去噪方法。(4)进行海底管道侧扫声纳检测图像的特征分割及提取方法的研究,用来提取管道及管道声影特征,进而确定管道悬空状态。由于管道声纳图噪声较多、管道特征在整个图像中所占比例较小等特征,传统典型的图像特征提取算法难以在管道特征的提取中取得好的效果。提出遗传神经网络方法和基于相位一致性边缘检测及区域生长的方法进行管道声纳图中管道特征的提取。通过将管道声纳图使用新方法进行管道特征提取的试验,验证所提出的方法的有效性。(5)提出基于犁式翻土方式的悬空海底管道填埋治理方法。对填埋治理方法的工作方式及工作原理进行研究。根据工作原理进行填埋治理机构和各主要功能部件的初步设计。对各功能部件进行运动学分析及虚拟样机仿真,验证各主要机构的性能。