水下空间曲面自主监测关键技术研究

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随着海洋事业的不断发展和水下工程研究的不断深入,水下结构物结构安全性监控与实时自主性观测成为此领域急需解决的问题。随着工程规模的不断扩大和信息化施工的实施发展,水下曲面检测的重要性日益凸显。对于海底地形检测,如海底天然气水合物的勘查与试采而言,天然气水合物在海底是极其脆弱的,轻微的温度增加或压力释放都有可能使它失稳而产生分解,从而影响海底沉积物的稳定性,甚至导致大规模的海底滑坡,毁坏深海油气钻探、输油管道、海底电缆等海底工程设施。同时对于这类曲面结构的检测,需满足自动化及高效检测的要求。本文基于以上背景,针对水下曲面形态变化实时检测系统进行深入研究,主要内容包括传感器信息获取、曲面重构算法以及实时检测系统软硬件研究,并在此基础上搭建实验模型进行实验分析和精度验证。本文主要涉及方法包括:传感器信息获取与处理技术、传感器布置技术、基于四元数信息重构方法、三维动态可视技术、实验模型结构平台搭建等,并通过实验验证相关技术的可行性。在总结前人经验基础上提出了适用于水下的基于四元数信息曲面重构方法并搭建实验平台,获得实验数据,将硬质已知曲面数据模型与重构模型进行对比。实验验证结果表明基于MEMS传感器实现水下曲面实时检测系统的可行性较好,重构精度与实时化效果较高,文章为四元数重构理论的实现以及该系统的工程化应用提供了基础。
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