一种自治遥控潜水器水下管道检测跟踪装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种自治遥控潜水器水下管道检测跟踪装置，包含下位机和上位机，下位机设置在水面下，上位机设置在水面母船上。下位机包含传感器模块、光视觉模块、嵌入式控制器及水下光端机；传感器模块、光视觉模块分别与嵌入式控制器的信号输入端相连接，嵌入式控制器的信号输出端与水下光端机信号输入端相连接；上位机包含：水上光端机、水面监控模块及手操器；手操器与水面监控模块电路连接，水面监控模块与水上光端机电路连接；水下光端机与水上光端机通过光纤相连接。本发明专利技术的自治遥控潜水器能够实现实时图像传输，水面母船能够实时监测水下环境，确保复杂水下作业情况的安全性，完成水下管道的检测跟踪任务。

【技术实现步骤摘要】
一种自治遥控潜水器水下管道检测跟踪装置
本专利技术涉及潜水器检测领域，具体涉及一种自治遥控潜水器（AutonomousRemotely-operatedVehicle，简称ARV）水下管道检测跟踪方法及装置。
技术介绍
海洋是人类生存和社会可持续发展的新领域，海洋的开发与通过已成为决定国家兴衰的基本因素之一。据有关资料介绍，自我国正式开采海洋石油、天然气以来，如今已在海底铺设了数十条、几千公里长的输油、输气管道。由于海底管道长期在高压力下承受海水腐蚀，以及材料质量、疲劳、地壳变动、锚链拖曳等原因，世界上已发生多起海底管道破损，石油、天然气外泄事故，造成了巨大的经济损失和对海洋的严重污染。近几年来，世界工业发达国家相继开展了通过缆控潜水器(RemotelyoperatedVehicle，简称ROV)对海底管道外部进行检查的研究工作，少数国家已开始通过无缆自治潜水器(AutonomousUnderwaterVehicle，简称AUV)对海底管道进行自动跟踪的方法研究。通过ROV进行水下管道跟踪由于受限于脐带缆长度原因，只能在较小的范围内作业，在水下环境复杂时，又容易发生电缆缠绕、断裂而导致潜水器丢失。对于较长管道的检测需要反复多次回收ROV并移动水面母船，同时如何稳定沿着管道跟踪检测完全取决于作业者的熟练程度。而对于AUV的水下管道检测跟踪来说,它不像ROV那样有脐带电缆的限制，可在水下较大范围内工作，工作时间长，对支持母船要求低。缺点是由于水声通信限制，无法实现实时图像传输，AUV完全依赖于其自主能力，水面母船无法实时监测具体的水下环境，对于复杂的水下作业情况存在不安全性，容易发生AUV丢失等情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种自治遥控潜水器水下管道检检测跟踪装置及检测方法，该ARV系统及其检测方法兼顾了无缆自治潜水器AUV和缆控潜水器ROV的特点，从而使自治遥控潜水器实现完成实时图像传输，水面母船能够实时监测具体的水下环境，确保复杂的水下作业情况的安全性，完成水下管道的检测跟踪任务。为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种自治遥控潜水器水下管道检检测跟踪装置，其中，包含：下位机和上位机，上述的下位机设置在水面下的潜水器上，上述的上位机设置在水面母船上，该下位机与该上位机通过光纤相连接；上述的下位机包含：传感器模块、光视觉模块、嵌入式控制器及水下光端机；上述的上位机包含：水上光端机、水面监控模块及手操器；上述的传感器模块、上述的光视觉模块分别与上述的嵌入式控制器的信号输入端相连接，该嵌入式控制器的信号输出端与上述的水下光端机信号输入端相连接；上述的手操器与上述的水面监控模块电路连接，该水面监控模块与上述的水上光端机电路连接；上述的水下光端机与上述的水上光端机通过光纤相连接，通过串口通信实现数据传输。一种自治遥控潜水器水下管道检检测跟踪装置，其中，上述的光视觉模块包含：光学成像传感器、云台及辅助照明灯；上述的光学成像传感器、上述的辅助照明灯分别设置在上述的云台上。该光学成像传感器的信号输出端与上述的嵌入式控制器的信号输入端相连接。一种自治遥控潜水器水下管道检检测跟踪装置，其中，上述的传感器模块包含：深度传感器、速度传感器、姿态传感器、声纳传感器、电池监控传感器及推进器监控传感器；上述的深度传感器的信号输出端、速度传感器的信号输出端、姿态传感器的信号输出端、声纳传感器的信号输出端、电池监控传感器的信号输出端及推进器监控传感器的信号输出端分别与上述的嵌入式控制器的信号输入端相连接。一种自治遥控潜水器水下管道检检测跟踪装置，其中，上述的水面监控模块包含：主处理器、图像采集卡、可编程逻辑控制器、以太网交换机、水面监控面板及CAN总线通讯模块；上述的主处理器分别与上述的图像采集卡、上述的CAN总线通讯模块电路连接，该主处理器与上述的以太网交换机电路连接；该以太网交换机与上述的可编程逻辑控制器电路连接；该以太网交换机通过上述的的水上光端机与上述的下位机电路连接；该可编程逻辑控制器与上述的手操器通过上述的水面监控面板电路连接。一种自治遥控潜水器水下管道检测跟踪方法，该方法包含如下几个步骤：步骤1，手操器设置在手动操作模式下，将自治遥控潜水器引导到水下管道起始点的上方。步骤2，下位机的光视觉模块的光学成像传感器，进行实时采集水下管道的周围图像信息；通过下位机的传感器模块进行实时采集水下管道内潜水器的深度信息、速度信息、姿态信息、前方图像信息、电池状态信息及推进器状态信息。步骤2.1，深度传感器测量潜水器在水中的深度，将测得深度数据转化为深度电压信号传到嵌入式控制器；步骤2.2，速度传感器测量潜水器在水中的航行速度，将测得航行速度数据转化为速度电压信号传到嵌入式控制器；步骤2.3，姿态传感器测量潜水器的水下姿态，测得方向数据转化为电压信号传到嵌入式控制器；步骤2.4，声纳传感器测量潜水器前视环境，测得图像数据转化为电压信号传到嵌入式控制器；步骤2.5，电池监控传感器测量潜水器电池组状态，测得电池组状态数据转化为电压信号传到嵌入式控制器；步骤2.6，推进器监控传感器测量潜水器推进器转速，测得推进器转速信号转换为电压信信号传到嵌入式控制器。步骤3，下位机的嵌入式控制器分别接收并处理所述的光视觉模块实时水下管道的周围图像信息、传感器模块的传感信号，通过水下光端机传输到上位机；步骤3.1，下位机的水下光端机接收嵌入式控制器的处理信号并通过光纤，采用RS485串口通信方式传输到上位机的水上光端机。步骤4，上位机的水面监控模块通过水下光端机水上光端机接收实时水下管道信息进行识别、处理，并转化为实际导航信息；步骤4.1，上位机的水面监控模块通过水上光端机接收实时水下管道信息；步骤4.2，上位机的水面监控模块的图像采集卡接收经处理的水下管道的图像信息的模拟信号，通过该图像采集卡，对上述模拟信号进行采样、量化，将模拟信号转换为数字信号并传送至主处理器；上位机的水面监控模块的以太网交换机接收下位机的传感信号经处理后传送至主处理器，通过主处理器对上述信号进行处理转化为实际导航信息。步骤5，上位机的水面监控模块对自治遥控潜水器所处环境复杂程度的识别，通过形成的自治遥控潜水器实际导航信息，确定并控制对自治遥控潜水器实施自动控制方式或是手动控制方式，使自治遥控潜水器完成水下管道的检测。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：自治遥控潜水器ARV水下管道检测跟踪方法与装置的使用解决了传统潜水器用于复杂水下环境中的管道检测，主要体现在：1.ARV能够实现边放缆边作业，避免ROV脐带缆的拖动，使水下机动性提高。2.ARV自带电池，可以以AUV模式运行，扩展了水下运动范围。3.ARV通过光纤进行通讯，传输信息量大，特别是有利于图像传输。4.ARV水下管道检测跟踪方法通过光学成像传感器（水下CCD摄像头）与图像采集卡对于水下管道进行图像采集与预处理，特别是对于水下可视情况较差的情况，通过图像计算处理，获得水下管道信息，通过针对水下管道的自动定高控制、自动定向控制、自动侧移控制三个自动控制回路进行管道的自动跟踪；与ROV相比，ARV智能化较高，可以以预编程AUV模式实现半自动水下管道检测跟踪作业，同时与AUV相比又能实时观测传感设备上传的图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自治遥控潜水器水下管道检检测跟踪装置，其特征在于，该检检测跟踪装置包含：下位机（10）和上位机（20），所述的下位机（10）设置在水面下的潜水器上，所述的上位机（20）设置在水面母船上，该下位机（10）与该上位机（20）通过光纤相连接；所述的下位机（10）包含：传感器模块（11）、光视觉模块（12）、嵌入式控制器（13）及水下光端机（14）；所述的传感器模块（11）、所述的光视觉模块（12）分别与所述的嵌入式控制器（13）的信号输入端相连接，该嵌入式控制器（13）的信号输出端与所述的水下光端机（14）信号输入端相连接；所述的上位机（20）包含：水上光端机（21）、水面监控模块（22）及手操器（23）；所述的手操器（23）与所述的水面监控模块（22）电路连接，该水面监控模块（22）与所述的水上光端机（21）电路连接；所述的水下光端机（14）与所述的水上光端机（21）通过光纤相连接，通过串口通信实现数据传输。

【技术特征摘要】
1.一种自治遥控潜水器水下管道检检测跟踪装置，其特征在于，该检检测跟踪装置包含：下位机（10）和上位机（20），所述的下位机（10）设置在水面下的潜水器上，所述的上位机（20）设置在水面母船上，该下位机（10）与该上位机（20）通过光纤相连接；所述的下位机（10）包含：传感器模块（11）、光视觉模块（12）、嵌入式控制器（13）及水下光端机（14）；所述的传感器模块（11）、所述的光视觉模块（12）分别与所述的嵌入式控制器（13）的信号输入端相连接，该嵌入式控制器（13）的信号输出端与所述的水下光端机（14）信号输入端相连接；所述的上位机（20）包含：水上光端机（21）、水面监控模块（22）及手操器（23）；所述的手操器（23）与所述的水面监控模块（22）电路连接，该水面监控模块（22）与所述的水上光端机（21）电路连接；所述的水下光端机（14）与所述的水上光端机（21）通过光纤相连接，通过串口通信实现数据传输。2.如权利要求1所述的自治遥控潜水器水下管道检检测跟踪装置，其特征在于，所述的光视觉模块（12）包含：光学成像传感器（121）、云台（122）及辅助照明灯（123）；所述的光学成像传感器（121）、所述的辅助照明灯（123）分别设置在所述的云台（122）上；所述的光学成像传感器（121）的信号输出端与所述的嵌入式控制器（13）的信号输入端相连接。3.如权利要求1所述的自治遥控潜水器水下管道检检测跟踪装置，其特征在于，所述的传感器模块（11）包含：深度传感器（111）、速度传感器（112）、姿态传感器（113）、声纳传感器（114）、电池监控传感器（115）及推进器监控传感器（116）；所述的深度传感器（111）的信号输出端、速度传感器（112）的信号输出端、姿态传感器（113）的信号输出端、声纳传感器（114）的信号输出端、电池监控传感器（115）的信号输出端及推进器监控传感器（116）的信号输出端分别与所述的嵌入式控制器（13）的信号输入端相连接。4.如权利要求1所述的自治遥控潜水器水下管道检检测跟踪装置，其特征在于，所述的水面监控模块（22）包含：主处理器（221）、图像采集卡（222）、可编程逻辑控制器PLC（223）、以太网交换机（224）、CAN总线通讯模块（225）及水面监控面板（226）；所述的主处理器（221）分别与所述的图像采集卡（222）的输出端、所述的CAN总线通讯模块（225）的输出端相连接，该主处理器（221）与所述的以太网交换机（224）电路连接；该以太网交换机（224）与所述的可编程逻辑控制器（223）电路连接；该以太网交换机（224）通过所述的水上光端机（21）与所述的下位机（10）电路连接；该可编程逻辑控制器（223）与所述的手操器（23）通过所述的水面监控面板（226）电路连接。5.一种用于如权利要求1-6中任意一个所述的自治遥控潜水器水下管道检检测跟踪装置的检测方法，其特征在于，该方法包含如下几个步骤：步骤1，所述的手操器（23）设置在手动操作模式下，将自治遥控潜水器引导到水下管道起始点的上方；步骤2，所述下位机（10）的光视觉模块（12）的光学成像传感器（121），进行实时采集水下管道的周围图像信息；通过所述下位机（10）的传感器模块（11）进行实时采集水下管道内潜水器的深度信息、速度信息、姿态信息、前方图像信息、电池状态信息及推进器状态信息；步骤3，所述的下位机（...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱向东，
申请(专利权)人：常熟海量声学设备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32