水体中油气目标声学特征提取与识别方法研究

With the increasing scarcity of oil and gas resources on land, offshore oil and gas resources are increasingly subject to widespread attention around the world. However, marine surveillance and environmental protection departments are plagued by spill and leak of offshore oil and gas transmission pipelines. Although the traces of oil with a large area can be later found by the traditional remote sensing method, but warning and point of leak detection can not be achieved, which can not meet the practical needs, and the single-beam acoustic imaging technology can compensate for the lack of traditional remote sensing method, but its coverage is small, resolution is low, and weak target detection capability is limited. To solve this problem, the project propose that building a pool experiment to carry out acoustic imaging and feature extraction for underwater oil and gas, which based on high-resolution, wide coverage, high-performance multi-beam sonar system, and then carry out the feature identification and comparative studies. The main research includes: (1)Research on acoustic scattering characteristics and multibeam sonar echo model for oil and gas; (2)Research on form distribution and acoustic scattering features extraction technology; (3)Research on detection and identification technology for oil and gas based on multi-source features; (4) Comparative and validation studies based on pool experiment. The study results have important theoretical and practical significance to the development of marine resources.

随着陆地油气资源的日益匮乏，海洋油气资源日益受到世界各国的普遍重视。然而海底石油天然气传输管线的油气泄露问题长期困扰海监和环保部门，传统的空中遥感方法虽然可以事后发现大面积油迹，但不能实现预警和漏点检测，远远不能满足现实需求；采用水中单波束声学成像技术虽可以部分弥补空中遥测的不足，但其覆盖范围小、分辨率低，对弱目标探测能力有限。为此，本项目提出基于高分辨、宽覆盖、高性能多波束声纳系统，构建一套水池实验装置对水体中油气目标进行声学成像和特征提取，并进行特征识别和对比研究，主要研究内容包括：（1）水中油气目标声散射特性及其多波束声呐回波模型研究；（2）水体油气形态分布与声散射特征提取技术研究；（3）基于多源特征信息的油气目标检测与识别技术研究；（4）水池试验对比与验证研究。上述研究成果对我国海洋资源开发具有重要理论和实际意义。

近年来，人类对海洋的关注度日益提升，海洋勘探及海洋资源的开发主题逐渐转化为以海洋油、气资源等为主的矿产资源的勘探采集与开发。海底热液、冷泉、油气管线泄漏等水体中液体、气体喷发的高效探测一直是海洋资源开发与利用、海洋环境监测等领域的关注热点。近年来，随着多波束声纳技术的不断成熟，其不仅可以实现高精度、高分辨率海底大范围的地形地貌、底质分类以及沉底目标的探测，并且兼具水体中目标的二维探测能力。为此，本项目提出基于高分辨、宽覆盖、高性能多波束声纳系统，构建一套水池实验装置对水体中油气目标进行声学成像和特征提取，并进行特征识别和对比研究，主要研究内容包括：（1）水中油气目标声散射特性及其多波束声呐回波模型研究；（2）水体油气形态分布与声散射特征提取技术研究；（3）基于多源特征信息的油气目标检测与识别技术研究；（4）水池试验对比与验证研究。通过上述研究内容的理论探索与技术突破，获得以下创新性成果：（1）从气泡谐振特性理论模型出发，分析了气泡群谐振频率随其半径或孔隙率的一般性变化规律；（2）提出了一种快速解卷积多波束声呐波束形成算法，实现了水下泄漏油气的高效、高分辨成像；（3）研究了基于多波束声呐图像的水下泄漏油气声学特征提取方法，提出一种新的水体中油气目标检测新算法；（4）通过水池试验、湖上试验获得的油气目标声学数据对上述理论成果进行了验证。此外，结合上述研究成果，发表文章7篇，其中SCI检索6篇，EI检索1篇，参加国际学术会议1次（ASA），申请国家发明专利1项，培养博士研究生1名、硕士研究生2名、本科生1名。总体来说，本项目通过上述努力，解决了水体中泄漏油气高效稳健的检测问题，且该成果对我国海洋资源开发具有重要理论和实际意义。