[发明专利]基于光视觉的水下管线巡检方法及巡检装置

说明书

技术领域

本发明涉及海洋工程及海洋石油开发领域，具体涉及用于海底水油气管道及水下光电缆的巡检方法及巡检装置。

背景技术

水下管线常被建造来满足能源与通讯传输的需求，包括供水管、油气输运管道以及光电缆等多种管线形式。水下管线，特别是海底管线在设计的使用期限内，一般按最高标准设计和建造。但在这期间，由于受到设计、制造工艺、施工和服役环境的影响，不可避免地存在损伤和损坏。尤其是在强烈的水动力因素、不稳定的海底条件以及外界人为因素作用下，一旦发生管道破损油气泄漏、光电缆断裂通讯中断等事故，后果将十分严重。

按照现行的国内外海底管道系统规范要求和国际惯例，要对海底管道作定期检查(年度检查)和特别检查，以保证管道安全运行和延长使用期限。由于频繁发生的海底管线损坏事件，海底管线网络的监测检修已经成为目前国际上受到广泛重视的一个研究和产业领域。

潜水员的极限水下工作深度不超过100米。因此深度处于100米以上的管线就不能依靠传统的潜水员直接下水进行观察作业，必须依赖采用水密耐压结构的潜水器进行检测与维护，目前主要是由携带必要探测设备的ROV(即有缆遥控水下机器人)来代替人工完成管道检测任务。ROV需要由训练有素的操作人员在水面支持母船上遥控，然而当管线传输距离增加、照明度降低或者水流环境复杂时，遥控ROV检测管线的任务就会变得冗长而且容易引起人为失误。例如，对于100公里的海底石油管道巡检任务而言，ROV的正常速度为2节，就需要操作员连续进行27.5小时的监视与遥控。另一方面，ROV脐带缆会严重影响其活动范围，因此无法有效实现大范围长距离的水下管线检测。

发明的内容

为了克服上述现有技术的不足之处，申请人经过研究改进，提供一种基于光视觉的水下管线巡检方法及巡检装置，可自动识别水下管线并计算管线位置与方位，进行长距离的巡检，取代人工遥控驾驶。

本发明的技术方案如下：

一种基于光视觉的水下管线巡检方法，包括以下步骤：

(1)采集视频信号以获得水下视频数字图像；

(2)图像预处理，采用中值滤波算法去除噪声，改善图像质量；

(3)边缘检测，得到若干图像中的线条；

(4)直线检测，甄别可能为水下管线边缘的线条；

(5)从所有直线中寻找管线两侧边线组成的线对；

(6)三维环境建模及计算。

所述步骤(3)采用的方法是先用窗口运算的边缘检测算子进行局部边缘变化，再采用梯度极值原则进行边缘细化。所述窗口运算的边缘检测算子为Sobel算子。

所述步骤(4)采用粒子群优化算法，具体步骤如下：

A.随机初始化整个粒子群体；

B.运行全局搜索直至收敛到一个局部最优点，并保存这个点的位置；

C.重复步骤A和B，直至满足直线拟合误差超过一定阈值的停止准则。与生物视觉直线检测类似，直线检测阈值随着线段长度增加逐渐有所放宽。

所述步骤(5)采用基于证据和置信度的线对聚类方法，对所有直线进行线对遍历，假定当前的两条直线就是管线的两侧边线，根据有利证据、不利证据和驳斥证据来确定线对之间匹配的置信度。

所述有利证据、不利证据和驳斥证据分别是：有利证据：两条直线长度接近；两条直线的两端距离即两端管线直径接近；不利证据与有利证据相反；驳斥证据：管线长度过小；两条直线夹角超过30度；管线直径过小或者过大；两条直线存在交叉。

所述确定线对之间匹配的置信度的具体方法是：以当前管线观测值pipenum确定水下管线是否存在，即pipe_exist＝0，1；pipe_exist的每个可能值可以看作一种假设，在这两种假设中作出选择，属于二元假设检验：H0-pipe_exist＝0，称为零假设；H1-pipe_exist＝1，称为备选假设；当pipenum＝1时倾向于认为pipe_exist＝1，而当pipenum＝0时倾向于认为pipe_exist＝0；二元假设检验可能产生两种类型的错误：当H0为真时判H1成立，成为第一类错误，出现这种错误的概率称为管线检测的虚警率；当H1为真时判H0成立，成为第二类错误，出现这种错误的概率称为管线检测的漏警率，本发明虚警率＜10％，漏警率＜25％；以当前的10次管线检测值作为样本数据进行累加平均作为管线检测的二元统计量；当二元统计量小于虚警率时认为管线不存在，如果管道观测值pipenum＝1将其当成野值；当二元统计量大于漏警率时认为管线存在，报告管道观测值pipenum＝1时的管线计算位置，管道观测值pipenum＝0时不报告管线位置。