基于rov平臺的海底管道探測裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于ROV平臺的海底管道探測裝置，包括甲板單元和水下探測裝置，水下探測裝置在ROV平臺上集成多波束聲吶、單波束聲吶、光學成像系統、照明系統、CTD、電子羅盤、聲信標和電氣系統。在ROV平臺前方安裝一臺多波速聲吶，下方安裝一臺單波束聲吶，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，結合GPS、超短基線定位系統、電子羅盤和CTD的數據，通過數據計算和分析，實現對海底管道異常點的精確定位。
【專利說明】基于ROV平臺的海底管道探測裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及海底管道探測裝置，特別是涉及基于ROV平臺的海底管道探測裝置。

【背景技術】
[0002]隨著探索海洋步伐的加快，人們越來越認識到占地球75%面積的海洋必將成為人類生存和發展的新領域，將對人類發展和社會進步起到重要作用。近年來，海洋油氣資源開發得到迅猛的發展，在油氣資源開發中，海底油氣管道是實現石油、天然氣遠距離運輸的最快捷和最經濟的手段，海底管道已成為海上油氣田開發工程的重要組成部分。在長期的使用過程中，海底管道的材料因為各種原因會產生各種性質和特點的缺陷，缺陷積累到一定程度就會發生油氣泄漏，不僅影響海上油田的正常生產，還會給海洋生態環境帶來災難，因此，海底管道的檢測尤為重要。按照現行的國內外海底管道系統規范要求和國際慣例，要對海底管道作定期檢查和特別檢查，以保證管道安全運行和延長使用期限，發現問題及時解決。
[0003]海底管道的檢測大都采用內部檢測及外部檢測。目前外部檢測主要是指利用ROV(Remotely Operated Vehicle)平臺為載體集成水下高清攝像、前視聲吶、超短基線定位系統和GPS導航定位系統等水下探測技術，建立水下ROV精細探測系統，實現水下管道的可視化、精細化的實時探測，以期發現油氣管道的泄漏點，并對檢測到的缺陷進行評估、定位和維修，這是確保海底管道安全、高效運行的有效手段。
[0004]水下ROV平臺一般集成攝像頭、前視聲吶、超短基線等設備，經GPS導航和超短基線定位系統到達指定區域，通過數據傳輸電纜將聲光圖像、位置等信息實時傳輸至甲板控制系統，從而利用水下ROV精細探測系統對海底地形、裸露管道的進行實時可視化的監視探測，獲取可視化的聲光圖像數據，并利用超短基線系統實現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現技術的復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量的最佳選擇。
[0006]單波束聲吶是由機械旋轉的單波束形成全方位或固定扇面內的掃描來完成探測，結構簡單，價格便宜，但作為前視聲吶其成像速率較低。該聲吶設備經常被水下機器人用來當做避碰裝置使用。
[0007]多波束聲吶配置了水聽器陣列，發射一個信號脈沖，產生聲波傳播區域的完整的聲吶圖像。一般局限于ROV前方的一個小范圍區域，但是可以以較快的速率進行掃描。由于旁瓣的作用，其成像質量略遜于單波束機械掃描式聲吶。
[0008]目前ROV上多采用一套二維前視聲吶，安裝在ROV平臺的前面，對ROV平臺的前方的海底管道探測，但無論選用是單波束機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，因而僅能獲得目標的二維信息。為了適應ROV的水下探測需要，應同時獲得距離、角度和深度三維信息的分辨率。


【發明內容】

[0009]針對基于ROV平臺使用一套前視聲吶，只能在距離和角度方向具有分辨能力的問題，本發明推出一種基于ROV平臺的海底管道探測裝置，由甲板單元、ROV平臺、多波束聲吶、單波束聲吶、光學成像系統、照明系統、CTD (Conductivity Temperature and DepthSensor)、電子羅盤、超短基線定位系統和電氣系統組成。甲板單元與ROV通過光電復合纜連接，由甲板單元控制協調ROV上的設備的工作。以水下ROV平臺為載體集成光學和兩套聲學成像系統，建立水下ROV精細探測系統，實現水下管道的可視化、精細化的實時探測，其中多波束聲吶掃描ROV平臺的前部，單波束聲吶掃描ROV平臺的下部；利用GPS和超短基線系統對ROV平臺進行準確定位；利用向下的單波束聲吶和電子羅盤對海底管道的異常地方進行定位，利用CTD對聲速進行修正，提高定位精度。通過以上措施可實現海底管道的精細化測量，對海底管道異常部分實現精確定位。
[0010]基于ROV平臺的海底管道探測裝置包括甲板單元和水下探測裝置，甲板單元和水下探測裝置通過光電復合纜連接，甲板單元通過光電復合纜與水下探測裝置交換信息并為水下探測裝置提供電源。水下探測裝置在ROV平臺上集成多波束聲吶、單波束聲吶、光學成像系統、照明系統、CTD>電子羅盤、聲信標和電氣系統。
[0011]電氣系統包括控制系統、以太網交換機和電源管理電路，集成在水密的電氣系統艙。
[0012]電氣系統的控制系統通過串行接口與單波束聲吶、電子羅盤和CTD連接，控制系統通過輸入/輸出接口與推進系統和電源管理電路連接，以太網交換機通過以太網與光學成像系統、多波束聲吶和控制系統連接，控制系統通過電源管理電路控制光學成像系統、多波束聲吶、照明系統、推進系統、單波束聲吶、電子羅盤、CTD和聲信標的上電和掉電；光電復合纜中的光纖與以太網交換機的光纖接口連接，完成數據交換，光電復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平臺的前端面的上部，掃描ROV平臺前方的區域，采集的聲吶圖像數據通過以太網交換機傳送到甲板單元，甲板單元將聲吶圖像數據顯示并存儲，方便后續處理。
[0014]單波束聲吶位于ROV平臺的前端面的下部，掃描ROV平臺正下方的區域，采集的聲吶圖像數據通過串行接口傳送到控制系統；為了提高聲吶圖像質量，單波束聲吶的工作頻率可以由甲板單元設置。
[0015]CTD位于ROV平臺的前端面，方便CTD檢測水體的交換，提供傳感器數據質量，CTD采集的數據通過串行接口傳送到控制系統。
[0016]電子羅盤位于ROV平臺的中部，電子羅盤采集的數據通過串行接口傳送到控制系統。
[0017]控制系統將采集的數據加入時間信息打包后通過以太網交換機傳輸到甲板單元顯不并存儲。
[0018]聲信標位于ROV平臺的上端面，方便超短基線定位系統的聲通信。
[0019]照明系統由照明燈左和照明燈右組成，為光學成像系統提供照明。
[0020]一般情況下，基于ROV平臺的海底管道探測裝置使用光學成像系統和多波束聲吶進行較大范圍的檢測，當發現異常后，可降低ROV平臺的運行速度，通過單波束聲吶進行更為精確的檢測，發現異常后，對異常點進行定位。控制系統通過對單波束聲吶的掃描數據進行簡單的分析，結合電子羅盤的傾斜和搖擺數據即可知道ROV平臺與異常點的相對位置；同時，甲板單元通過超短基線定位系統輸出的數據可知ROV平臺相對于母船的相對位置信息，結合甲板單元的GPS數據，通過計算可知ROV平臺的絕對位置；再結合ROV平臺與異常點的相對位置，即可獲得海底異常點的絕對位置。
[0021]在ROV平臺上安裝兩部前視聲吶，前方安裝一臺多波束聲吶，下方安裝一臺單波束聲吶，不但可獲得距離、角度和深度三維信息的分辨率；而且，可以比只安裝一臺或兩臺(一臺向前、一臺向下)多波束聲吶獲得更好的聲吶圖像數據，比只安裝一臺單波束提高工作效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為基于ROV平臺的海底管道探測裝置功能框圖。
[0023]圖2為基于ROV平臺的海底管道探測裝置結構示意圖。
[0024]圖中標記說明。
[0025]1、光學成像系統2、多波束聲吶
3、照明系統4、推進系統
5、單波束聲吶6、 電子羅盤
7、CTD8、聲信標
9、以太網交換機10、控制系統
11、電源管理電路12、光電復合纜
13、ROV平臺14、甲板單元
15、照明燈左16、照明燈右 17、電氣系統艙。

【具體實施方式】
[0026]結合附圖對本發明的技術方案作進一步描述。圖1為基于ROV平臺的海底管道探測裝置功能框圖，圖2為基于ROV平臺的海底管道探測裝置結構示意圖，如圖1、圖2所示，本發明涉及的基于ROV平臺13的海底管道探測裝置，由甲板單元14和水下探測裝置組成，甲板單元14與水下探測裝置通過光電復合纜12連接，由甲板單元14控制協調ROV平臺13上的設備的工作。甲板單元14由顯控計算機和GPS組成。水下探測裝置在ROV平臺13集成多波束聲吶2、單波束聲吶5、光學成像系統1、照明系統3、CTD 7、電子羅盤
6、超短基線定位系統和電氣系統，建立水下ROV精細探測系統，實現水下管道的可視化、精細化的實時探測。
[0027]電氣系統包括控制系統10、以太網交換機9和電源管理電路11，集成在水密的電氣系統艙17。
[0028]電氣系統的控制系統10采用LPC1768作為嵌入式控制器，完成控制、數據采集處理、電源管理及通信功能。
[0029]控制系統10的串口 I與單波束聲吶5連接，完成單波束聲吶5的控制和數據采集。
[0030]控制系統10的串口 2與CTD 7連接，完成傳感器數據采集，并獲得ROV平臺13的當前深度。
[0031]控制系統10的串口 3與電子羅盤6連接，完成數據采集，并獲得ROV平臺13的當前方位和姿態。
[0032]控制系統10的輸入/輸出接口與推進系統4連接，完成ROV平臺13的操控。
[0033]控制系統10的輸入/輸出接口與電源管理電路11連接，光電復合纜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10通過電源管理電路11控制光學成像系統1、多波束聲吶2、照明系統3、推進系統4、單波束聲吶5、電子羅盤6、CTD 7和聲信標8的上電和掉電。
[0034]多波束聲吶2采用美國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，工作頻率默認設置為310 kHz,675kHz、1MHz，其工作頻率也可通過甲板單元14設置。
[0035]多波束聲吶2位于ROV平臺13的前端面的上部，單波束聲吶5位于ROV平臺13的前端面的下部，CTD 7位于ROV平臺13的前端面，電子羅盤6位于ROV平臺13的中部。
[0036]超短基線定位系統由位于水上的收發器和水下的聲信標8組成，聲信標8位于ROV平臺13的上端面。
[0037]光學成像系統I位于前端面的中部，照明系統3的照明燈左15和照明燈右16位于光學成像系統I兩側。
【權利要求】
1.一種基于ROV平臺的海底管道探測裝置，所述海底管道探測裝置包括甲板單元和水下探測裝置，甲板單元和水下探測裝置通過光電復合纜連接，水下探測裝置在ROV平臺上集成探測裝置，其特征在于:所述探測裝置包括多波束聲吶、單波束聲吶、光學成像系統、照明系統、CTD、電子羅盤、聲信標和電氣系統；電氣系統包括控制系統、以太網交換機和電源管理電路；控制系統通過串行接口與單波束聲吶、電子羅盤和CTD連接，控制系統通過輸入/輸出接口與推進系統和電源管理電路連接，以太網交換機通過以太網與光學成像系統、多波束聲吶和控制系統連接，控制系統通過電源管理電路控制光學成像系統、多波束聲吶、照明系統、推進系統、單波束聲吶、電子羅盤、CTD和聲信標的上電和掉電；光電復合纜的光纖與以太網交換機的光纖接口連接，光電復合纜的電源線與電源管理電路連接。
2.根據權利要求1所述的基于ROV平臺的海底管道探測裝置，其特征在于，多波束聲吶位于ROV平臺的前端面的上部。
3.根據權利要求1所述的基于ROV平臺的海底管道探測裝置，其特征在于，單波束聲吶位于ROV平臺的前端面的下部，單波束聲吶的工作頻率可以由甲板單元設置。
4.根據權利要求1所述的基于ROV平臺的海底管道探測裝置，其特征在于，CTD位于ROV平臺的前端面。
5.根據權利要求1所述的基于ROV平臺的海底管道探測裝置，其特征在于，聲信標位于ROV平臺的上端面。
6.根據權利要求1所述的基于ROV平臺的海底管道探測裝置，其特征在于，控制系統采用LPC1768作為嵌入式控制器。
【文檔編號】F16L101/30GK104075072SQ201410338576
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月17日 優先權日:2014年7月17日
【發明者】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 申請人:國家海洋技術中心