水下管道是海上石油运输的关键通道,对水下管道损伤检测不仅能够有效预防石油、天然气等管道泄露事故发生,而且在海洋资源可持续发展战略中具有重要意义。目前我国海上油田水下管道数量越来越多,服役时间越来越长,对水下管道损伤检测也尤为迫切,传统常用的检测方法存在工程难度较大,配套相应的设备检测价格偏高,检测效率低及要求技术人员专业技能高等缺点;同时潜水员人工检测也暴露出劳动强度大、经济性与安全性较差、受海况、作业水深影响较大的弊端。本文以含有外防腐蚀层的水下管道为研究对象,根据声波在无损伤和有脱落损伤回波特性,应用双侧声波成像技术,以水声图像中水下管道特征和损伤特征为检测目标,从而实现直观、快速、可靠、有效的损伤检测,具有重要的研究意义和应用意义。研究得到了2017年广东省重大科技专项项目(2017B010118002)、2018年广州市产业技术重大攻关项目(201802020031)的资金支持。论文主要工作包括:(1)介绍了水下规则圆柱体声散射机理和回波特性,讨论回波包含的几何声散射和弹性声散射成分,构建了外层弹性介质-内层刚性介质的有限长水下管道损伤声散射模型;分析了如何选择双侧声波技术指标以及双侧声波在水下环境的声学特性,确保更好的水下超声成像检测效果;提出了基于双侧声波的水下管道损伤超声成像检测方法,并阐述了水下管道损伤超声成像检测机理;基于双侧声波的特性与检测机理,对水下管道损伤检测平台进行了整体规划。(2)分析了双侧声波图像的特性,研究了水声图像规整化处理调整好水声图像整体灰度动态范围,利用双边滤波与多尺度RETINEX算法两种图像增强算法在水声图像方面的优势,取得了较好的水声图像增强处理效果;研究了水声图像管道损伤检测技术,应用HOG+SVM算法进行了水下管道检测识别,在水声图像中提取得到了水下管道的特征矩阵,进而提出了行灰度均值水下管道损伤检测方法,确定了水下管道损伤检测算法具体流程。(3)进行了水下管道损伤检测成像软件需求分析;解析了双侧声波数据以及进行双侧声波成像可视化设计,其中主要包括数据结构解析与读取、数据转换及显示设计;设计了水下管道损伤成像检测上位机软件框架和软件平台各个功能模块,并阐述了各功能模块具体实现过程。(4)搭建了智能无人船水下管道损伤检测实验平台;进行了水下管道损伤声散射特性回波仿真分析实验,为水下管道外防腐蚀层脱落损伤双侧声波成像检测提供了有效的理论依据;以水下管道悬空状态检测作为水下管道损伤检测的辅助手段,针对水下管道悬空状态进行实验设计与过程规划,经过多组实验对比分析,对水下管道悬空状态检测相对误差在10%以内,验证了悬空高度越大,声影区范围越大,声影区特征也越明显;对水下管道损伤进行双侧声波成像检测实验,对3组不同脱落大小的管道外防腐蚀层脱落损伤进行了对比实验,利用HOG+SVM算法将水下管道特征区域提取出来,再利用本文提出的行灰度均值管道损伤判别方法进行损伤检测识别,对比水下管道损伤传统直流电位梯度检测法,在本实验条件下,3组不同宽度损伤的管道均可以有效被检测出来,损伤检测率可达90%以上,对水下管道定位精度在正负0.1m左右,检测效率提升60%以上,验证了随着外防腐蚀层脱落宽度增加(脱落损伤尺寸增加),双侧声波成像检测效果更好。