深海视频监控系统设计与试验研究

作     者：房丽 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贾鹏;朱晓环

授予年度：2021年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081001[工学-通信与信息系统] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：监控系统 光场分布 成像质量 海洋污损防护 

摘      要：水下生产系统长时间在海底运行会出现落物抛锚、海洋腐蚀等现象,导致系统发生失效。由于水下生产系统一般固定在海床上,多数情况下只能使用遥控水下机器人进行定期巡检,所以急需开展对深海视频监控系统研究,取代遥控水下机器人定期巡检,对水下生产系统的运行状态进行实时监测。本文针对深海视频监控系统的工作环境进行分析,结合技术指标对深海视频监控系统进行方案研究;通过ANSYS软件仿真和多项式拟合曲线方程对BK7材质的半球玻璃罩由折射作用产生的视野变化进行计算;计算电机舱搭载水下成像系统所需的转矩和压力补偿体积;通过分析海洋污损生物附着机理,选择合理的海洋污损防护方式;结合水下成像系统的搭载需求,分析满足对接精度的条件下对接结构的公差范围。根据水下光学特性建立水下照明光场分布函数,得到影响照明灯输出光通量的因素;考虑在水下可见光散射作用下摄像机成像所需要照明灯输出的光通量,综合加工工艺和图像对比度因素确定摄像机和照明灯的位置分布;通过计算图像对比度和信噪比得到深海视频监控系统的有效观察范围。根据深海视频监控系统对于水平旋转与俯仰运动的控制需求,进行硬件选型和电路设计,进行基于CANopen协议的水平旋转运动控制程序设计,以及限位等附加程序设计;对俯仰运动模式进行研究以实现对目标物的全方位、多角度观察。使用SIMATIC Win CC上位机软件完成深海视频监控系统主界面、水平旋转运动控制界面和俯仰运动控制界面的设计和组态。通过搭建水平旋转运动与俯仰运动试验平台,对水平旋转运动与俯仰运动运行精度进行试验,分析其运行精度对于水下成像系统观察目标物的影响,验证水平旋转功能和俯仰功能的运行性能;搭建水下照明光场分布试验平台,通过试验得到照明灯输出光通量与目标物距离、摄像机与照明灯间距、摄像机与水平面距离之间的关系;通过对比不同位置下水下成像系统采集图像对比度与信噪比,验证水下成像系统有效观察范围。