基于rov平臺(tái)的海底管道探測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于ROV平臺(tái)的海底管道探測(cè)裝置，包括甲板單元和水下探測(cè)裝置，水下探測(cè)裝置在ROV平臺(tái)上集成多波束聲吶、單波束聲吶、光學(xué)成像系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、CTD、電子羅盤、聲信標(biāo)和電氣系統(tǒng)。在ROV平臺(tái)前方安裝一臺(tái)多波速聲吶，下方安裝一臺(tái)單波束聲吶，通過安裝兩部二維前視聲吶，可獲得距離、角度和深度三維信息的分辨率，結(jié)合GPS、超短基線定位系統(tǒng)、電子羅盤和CTD的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)計(jì)算和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)海底管道異常點(diǎn)的精確定位。
【專利說明】基于ROV平臺(tái)的海底管道探測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海底管道探測(cè)裝置，特別是涉及基于ROV平臺(tái)的海底管道探測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著探索海洋步伐的加快，人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到占地球75%面積的海洋必將成為人類生存和發(fā)展的新領(lǐng)域，將對(duì)人類發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步起到重要作用。近年來，海洋油氣資源開發(fā)得到迅猛的發(fā)展，在油氣資源開發(fā)中，海底油氣管道是實(shí)現(xiàn)石油、天然氣遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)淖羁旖莺妥罱?jīng)濟(jì)的手段，海底管道已成為海上油氣田開發(fā)工程的重要組成部分。在長(zhǎng)期的使用過程中，海底管道的材料因?yàn)楦鞣N原因會(huì)產(chǎn)生各種性質(zhì)和特點(diǎn)的缺陷，缺陷積累到一定程度就會(huì)發(fā)生油氣泄漏，不僅影響海上油田的正常生產(chǎn)，還會(huì)給海洋生態(tài)環(huán)境帶來災(zāi)難，因此，海底管道的檢測(cè)尤為重要。按照現(xiàn)行的國(guó)內(nèi)外海底管道系統(tǒng)規(guī)范要求和國(guó)際慣例，要對(duì)海底管道作定期檢查和特別檢查，以保證管道安全運(yùn)行和延長(zhǎng)使用期限，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。
[0003]海底管道的檢測(cè)大都采用內(nèi)部檢測(cè)及外部檢測(cè)。目前外部檢測(cè)主要是指利用ROV(Remotely Operated Vehicle)平臺(tái)為載體集成水下高清攝像、前視聲吶、超短基線定位系統(tǒng)和GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)等水下探測(cè)技術(shù)，建立水下ROV精細(xì)探測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水下管道的可視化、精細(xì)化的實(shí)時(shí)探測(cè)，以期發(fā)現(xiàn)油氣管道的泄漏點(diǎn)，并對(duì)檢測(cè)到的缺陷進(jìn)行評(píng)估、定位和維修，這是確保海底管道安全、高效運(yùn)行的有效手段。
[0004]水下ROV平臺(tái)一般集成攝像頭、前視聲吶、超短基線等設(shè)備，經(jīng)GPS導(dǎo)航和超短基線定位系統(tǒng)到達(dá)指定區(qū)域，通過數(shù)據(jù)傳輸電纜將聲光圖像、位置等信息實(shí)時(shí)傳輸至甲板控制系統(tǒng)，從而利用水下ROV精細(xì)探測(cè)系統(tǒng)對(duì)海底地形、裸露管道的進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化的監(jiān)視探測(cè)，獲取可視化的聲光圖像數(shù)據(jù)，并利用超短基線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)ROV的精確水下定位。
[0005]目前在ROV上使用的前視聲吶主要是二維成像聲吶，分為單波束和多波束聲吶兩種；三維成像聲吶雖然是獲取水下目標(biāo)三維信息的最佳手段，但在目前階段，高分辨率的三維成像聲吶在其實(shí)現(xiàn)技術(shù)的復(fù)雜程度及成本均存在很大的難度，因此，二維成像聲吶成為目前測(cè)量的最佳選擇。
[0006]單波束聲吶是由機(jī)械旋轉(zhuǎn)的單波束形成全方位或固定扇面內(nèi)的掃描來完成探測(cè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但作為前視聲吶其成像速率較低。該聲吶設(shè)備經(jīng)常被水下機(jī)器人用來當(dāng)做避碰裝置使用。
[0007]多波束聲吶配置了水聽器陣列，發(fā)射一個(gè)信號(hào)脈沖，產(chǎn)生聲波傳播區(qū)域的完整的聲吶圖像。一般局限于ROV前方的一個(gè)小范圍區(qū)域，但是可以以較快的速率進(jìn)行掃描。由于旁瓣的作用，其成像質(zhì)量略遜于單波束機(jī)械掃描式聲吶。
[0008]目前ROV上多采用一套二維前視聲吶，安裝在ROV平臺(tái)的前面，對(duì)ROV平臺(tái)的前方的海底管道探測(cè)，但無論選用是單波束機(jī)械掃描式聲吶還是多波束聲吶都只能在距離和角度方向具有分辨能力，因而僅能獲得目標(biāo)的二維信息。為了適應(yīng)ROV的水下探測(cè)需要，應(yīng)同時(shí)獲得距離、角度和深度三維信息的分辨率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)基于ROV平臺(tái)使用一套前視聲吶，只能在距離和角度方向具有分辨能力的問題，本發(fā)明推出一種基于ROV平臺(tái)的海底管道探測(cè)裝置，由甲板單元、ROV平臺(tái)、多波束聲吶、單波束聲吶、光學(xué)成像系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、CTD (Conductivity Temperature and DepthSensor)、電子羅盤、超短基線定位系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成。甲板單元與ROV通過光電復(fù)合纜連接，由甲板單元控制協(xié)調(diào)ROV上的設(shè)備的工作。以水下ROV平臺(tái)為載體集成光學(xué)和兩套聲學(xué)成像系統(tǒng)，建立水下ROV精細(xì)探測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水下管道的可視化、精細(xì)化的實(shí)時(shí)探測(cè)，其中多波束聲吶掃描ROV平臺(tái)的前部，單波束聲吶掃描ROV平臺(tái)的下部；利用GPS和超短基線系統(tǒng)對(duì)ROV平臺(tái)進(jìn)行準(zhǔn)確定位；利用向下的單波束聲吶和電子羅盤對(duì)海底管道的異常地方進(jìn)行定位，利用CTD對(duì)聲速進(jìn)行修正，提高定位精度。通過以上措施可實(shí)現(xiàn)海底管道的精細(xì)化測(cè)量，對(duì)海底管道異常部分實(shí)現(xiàn)精確定位。
[0010]基于ROV平臺(tái)的海底管道探測(cè)裝置包括甲板單元和水下探測(cè)裝置，甲板單元和水下探測(cè)裝置通過光電復(fù)合纜連接，甲板單元通過光電復(fù)合纜與水下探測(cè)裝置交換信息并為水下探測(cè)裝置提供電源。水下探測(cè)裝置在ROV平臺(tái)上集成多波束聲吶、單波束聲吶、光學(xué)成像系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、CTD>電子羅盤、聲信標(biāo)和電氣系統(tǒng)。
[0011]電氣系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)、以太網(wǎng)交換機(jī)和電源管理電路，集成在水密的電氣系統(tǒng)艙。
[0012]電氣系統(tǒng)的控制系統(tǒng)通過串行接口與單波束聲吶、電子羅盤和CTD連接，控制系統(tǒng)通過輸入/輸出接口與推進(jìn)系統(tǒng)和電源管理電路連接，以太網(wǎng)交換機(jī)通過以太網(wǎng)與光學(xué)成像系統(tǒng)、多波束聲吶和控制系統(tǒng)連接，控制系統(tǒng)通過電源管理電路控制光學(xué)成像系統(tǒng)、多波束聲吶、照明系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、單波束聲吶、電子羅盤、CTD和聲信標(biāo)的上電和掉電；光電復(fù)合纜中的光纖與以太網(wǎng)交換機(jī)的光纖接口連接，完成數(shù)據(jù)交換，光電復(fù)合纜中的電源線與電源管理電路連接，為水下裝置提供電源。
[0013]多波束聲吶位于ROV平臺(tái)的前端面的上部，掃描ROV平臺(tái)前方的區(qū)域，采集的聲吶圖像數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)交換機(jī)傳送到甲板單元，甲板單元將聲吶圖像數(shù)據(jù)顯示并存儲(chǔ)，方便后續(xù)處理。
[0014]單波束聲吶位于ROV平臺(tái)的前端面的下部，掃描ROV平臺(tái)正下方的區(qū)域，采集的聲吶圖像數(shù)據(jù)通過串行接口傳送到控制系統(tǒng)；為了提高聲吶圖像質(zhì)量，單波束聲吶的工作頻率可以由甲板單元設(shè)置。
[0015]CTD位于ROV平臺(tái)的前端面，方便CTD檢測(cè)水體的交換，提供傳感器數(shù)據(jù)質(zhì)量，CTD采集的數(shù)據(jù)通過串行接口傳送到控制系統(tǒng)。
[0016]電子羅盤位于ROV平臺(tái)的中部，電子羅盤采集的數(shù)據(jù)通過串行接口傳送到控制系統(tǒng)。
[0017]控制系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)加入時(shí)間信息打包后通過以太網(wǎng)交換機(jī)傳輸?shù)郊装鍐卧@不并存儲(chǔ)。
[0018]聲信標(biāo)位于ROV平臺(tái)的上端面，方便超短基線定位系統(tǒng)的聲通信。
[0019]照明系統(tǒng)由照明燈左和照明燈右組成，為光學(xué)成像系統(tǒng)提供照明。
[0020]一般情況下，基于ROV平臺(tái)的海底管道探測(cè)裝置使用光學(xué)成像系統(tǒng)和多波束聲吶進(jìn)行較大范圍的檢測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常后，可降低ROV平臺(tái)的運(yùn)行速度，通過單波束聲吶進(jìn)行更為精確的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常后，對(duì)異常點(diǎn)進(jìn)行定位。控制系統(tǒng)通過對(duì)單波束聲吶的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，結(jié)合電子羅盤的傾斜和搖擺數(shù)據(jù)即可知道ROV平臺(tái)與異常點(diǎn)的相對(duì)位置；同時(shí)，甲板單元通過超短基線定位系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)可知ROV平臺(tái)相對(duì)于母船的相對(duì)位置信息，結(jié)合甲板單元的GPS數(shù)據(jù)，通過計(jì)算可知ROV平臺(tái)的絕對(duì)位置；再結(jié)合ROV平臺(tái)與異常點(diǎn)的相對(duì)位置，即可獲得海底異常點(diǎn)的絕對(duì)位置。
[0021]在ROV平臺(tái)上安裝兩部前視聲吶，前方安裝一臺(tái)多波束聲吶，下方安裝一臺(tái)單波束聲吶，不但可獲得距離、角度和深度三維信息的分辨率；而且，可以比只安裝一臺(tái)或兩臺(tái)(一臺(tái)向前、一臺(tái)向下)多波束聲吶獲得更好的聲吶圖像數(shù)據(jù)，比只安裝一臺(tái)單波束提高工作效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為基于ROV平臺(tái)的海底管道探測(cè)裝置功能框圖。
[0023]圖2為基于ROV平臺(tái)的海底管道探測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中標(biāo)記說明。
[0025]1、光學(xué)成像系統(tǒng)2、多波束聲吶
3、照明系統(tǒng)4、推進(jìn)系統(tǒng)
5、單波束聲吶6、 電子羅盤
7、CTD8、聲信標(biāo)
9、以太網(wǎng)交換機(jī)10、控制系統(tǒng)
11、電源管理電路12、光電復(fù)合纜
13、ROV平臺(tái)14、甲板單元
15、照明燈左16、照明燈右 17、電氣系統(tǒng)艙。

【具體實(shí)施方式】
[0026]結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。圖1為基于ROV平臺(tái)的海底管道探測(cè)裝置功能框圖，圖2為基于ROV平臺(tái)的海底管道探測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1、圖2所示，本發(fā)明涉及的基于ROV平臺(tái)13的海底管道探測(cè)裝置，由甲板單元14和水下探測(cè)裝置組成，甲板單元14與水下探測(cè)裝置通過光電復(fù)合纜12連接，由甲板單元14控制協(xié)調(diào)ROV平臺(tái)13上的設(shè)備的工作。甲板單元14由顯控計(jì)算機(jī)和GPS組成。水下探測(cè)裝置在ROV平臺(tái)13集成多波束聲吶2、單波束聲吶5、光學(xué)成像系統(tǒng)1、照明系統(tǒng)3、CTD 7、電子羅盤
6、超短基線定位系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，建立水下ROV精細(xì)探測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水下管道的可視化、精細(xì)化的實(shí)時(shí)探測(cè)。
[0027]電氣系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)10、以太網(wǎng)交換機(jī)9和電源管理電路11，集成在水密的電氣系統(tǒng)艙17。
[0028]電氣系統(tǒng)的控制系統(tǒng)10采用LPC1768作為嵌入式控制器，完成控制、數(shù)據(jù)采集處理、電源管理及通信功能。
[0029]控制系統(tǒng)10的串口 I與單波束聲吶5連接，完成單波束聲吶5的控制和數(shù)據(jù)采集。
[0030]控制系統(tǒng)10的串口 2與CTD 7連接，完成傳感器數(shù)據(jù)采集，并獲得ROV平臺(tái)13的當(dāng)前深度。
[0031]控制系統(tǒng)10的串口 3與電子羅盤6連接，完成數(shù)據(jù)采集，并獲得ROV平臺(tái)13的當(dāng)前方位和姿態(tài)。
[0032]控制系統(tǒng)10的輸入/輸出接口與推進(jìn)系統(tǒng)4連接，完成ROV平臺(tái)13的操控。
[0033]控制系統(tǒng)10的輸入/輸出接口與電源管理電路11連接，光電復(fù)合纜12中的電源線與電源管理電路11連接，為水下裝置提供電源，控制系統(tǒng)10通過電源管理電路11控制光學(xué)成像系統(tǒng)1、多波束聲吶2、照明系統(tǒng)3、推進(jìn)系統(tǒng)4、單波束聲吶5、電子羅盤6、CTD 7和聲信標(biāo)8的上電和掉電。
[0034]多波束聲吶2采用美國(guó)BlueView公司的P900-130型多波束前視聲吶，其工作頻率為900kHz。單波束聲吶5采用加拿大Imagenex公司的881A型單波束機(jī)械掃描聲吶，具有可編程、多頻率、高性能、尺寸小和拆卸方便的特點(diǎn)，工作頻率默認(rèn)設(shè)置為310 kHz,675kHz、1MHz，其工作頻率也可通過甲板單元14設(shè)置。
[0035]多波束聲吶2位于ROV平臺(tái)13的前端面的上部，單波束聲吶5位于ROV平臺(tái)13的前端面的下部，CTD 7位于ROV平臺(tái)13的前端面，電子羅盤6位于ROV平臺(tái)13的中部。
[0036]超短基線定位系統(tǒng)由位于水上的收發(fā)器和水下的聲信標(biāo)8組成，聲信標(biāo)8位于ROV平臺(tái)13的上端面。
[0037]光學(xué)成像系統(tǒng)I位于前端面的中部，照明系統(tǒng)3的照明燈左15和照明燈右16位于光學(xué)成像系統(tǒng)I兩側(cè)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于ROV平臺(tái)的海底管道探測(cè)裝置，所述海底管道探測(cè)裝置包括甲板單元和水下探測(cè)裝置，甲板單元和水下探測(cè)裝置通過光電復(fù)合纜連接，水下探測(cè)裝置在ROV平臺(tái)上集成探測(cè)裝置，其特征在于:所述探測(cè)裝置包括多波束聲吶、單波束聲吶、光學(xué)成像系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、CTD、電子羅盤、聲信標(biāo)和電氣系統(tǒng)；電氣系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)、以太網(wǎng)交換機(jī)和電源管理電路；控制系統(tǒng)通過串行接口與單波束聲吶、電子羅盤和CTD連接，控制系統(tǒng)通過輸入/輸出接口與推進(jìn)系統(tǒng)和電源管理電路連接，以太網(wǎng)交換機(jī)通過以太網(wǎng)與光學(xué)成像系統(tǒng)、多波束聲吶和控制系統(tǒng)連接，控制系統(tǒng)通過電源管理電路控制光學(xué)成像系統(tǒng)、多波束聲吶、照明系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、單波束聲吶、電子羅盤、CTD和聲信標(biāo)的上電和掉電；光電復(fù)合纜的光纖與以太網(wǎng)交換機(jī)的光纖接口連接，光電復(fù)合纜的電源線與電源管理電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ROV平臺(tái)的海底管道探測(cè)裝置，其特征在于，多波束聲吶位于ROV平臺(tái)的前端面的上部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ROV平臺(tái)的海底管道探測(cè)裝置，其特征在于，單波束聲吶位于ROV平臺(tái)的前端面的下部，單波束聲吶的工作頻率可以由甲板單元設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ROV平臺(tái)的海底管道探測(cè)裝置，其特征在于，CTD位于ROV平臺(tái)的前端面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ROV平臺(tái)的海底管道探測(cè)裝置，其特征在于，聲信標(biāo)位于ROV平臺(tái)的上端面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ROV平臺(tái)的海底管道探測(cè)裝置，其特征在于，控制系統(tǒng)采用LPC1768作為嵌入式控制器。
【文檔編號(hào)】F16L101/30GK104075072SQ201410338576
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】劉頡, 楊逍, 王培剛, 宋士林, 呂九紅, 陸亞娟, 張曉娟, 張華勇, 張選明 申請(qǐng)人:國(guó)家海洋技術(shù)中心