[發明專利]一種海底管線探測與測量聲學系統與方法

有效

• 申請號: 201410602492.1
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN105629307B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 張純;許楓
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01V1/38
• 分類號: G01V1/38;G01S15/42
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司11472
• 代理人: 王宇楊,王敬波

1.一種海底管線探測與測量方法，所述方法包含：

步驟101)探測并跟蹤管線軌跡的步驟；

步驟102)基于探測的管線軌跡初步確定管線上存在的裸露點和懸跨點；

步驟103)篩選初步確定的裸露點和懸跨點，進而得到精確的裸露點和懸跨點的位置并同時確定裸露點的裸露距離和懸跨點的懸跨距離；

所述步驟101)進一步包含：

步驟101-1，根據海底管線鋪設位置，設計工作船或UUV的探測路線；

步驟101-2，工作船或UUV沿著探測線路的方向前進，并向海底發射聲波，然后接收海底的散射回波數據，其中將每次接收的散射回波數據作為一幀；

步驟101-3，根據已知管線的半徑，對管線進行增強處理，進而減少回波中的海洋環境噪聲和干擾信號；

步驟101-4，當接收的散射回波數據的強度大于設定的檢測閾值時，則判斷對應的管線上存在裸露或者懸跨；

其中，每一幀散射回波數據對應的檢測閾值由海底回波的平均強度計算確定；

步驟101-5，利用卡爾曼濾波進行管線跟蹤，如果當前幀的檢測結果與前幀檢測結果相關聯，則更新管線軌跡，并進行軌跡修正，否則，新建管線軌跡；

然后結合GPS導航信息獲得并輸出每一幀散射回波數據對應的精確的管線位置；

所述步驟102)進一步包含：

步驟102-1，根據更新后的海底管線的位置，建立海底的管線與換能器位置的相對幾何關系；

步驟102-2，

首先，根據管線半徑和管線的回波時延，確定管線的回波頭A和回波尾B，其中，所述回波頭A對應管線前沿位置，所述回波尾B對應海底平面位置；

然后，根據幾何關系和三角原理，計算管線底部到海底的高度H；

最后，根據高度H初步判斷管線是否存在裸露點或懸跨點，并同時記錄懸跨點和裸露點的位置，即得到了初步確定的懸跨點和裸露點的管線位置，其中具體的判斷規則為：

當H>0，則管線處于懸跨狀態；

當H<0，則管線處于裸露狀態。

2.根據權利要求1所述的海底管線探測與測量方法，其特征在于，所述步驟103)進一步包含：

步驟103-1，將工作船或UUV置于探測和跟蹤處理初步確定的裸露點和懸跨點的管線上方，然后向海底發射聲信號并通過多通道接收管線及其周圍海底散射回波數據，將接收的散射回波數據形成預成波束數據；

步驟103-2，采用幅度和相位聯合檢測方法，估計海底及管線回波的到達時間和方位；

依據到達時間和方位計算海底相對于換能器的高度，并測量管線及其周圍的地形進而得到各個時刻的海底管線及其周圍的地形函數M(s,t)；

步驟103-3，以導航數據和姿態數據為修正源，對測量得到的地形相對高度進行修正；

步驟103-4，根據初步確定的裸露點和懸跨點處管線的位置和管線的直徑d識別出管線，測量初步確定的裸露點和懸跨點處管線的頂部距離換能器的高度H_m，并確定初步確定的裸露點和懸跨點處的管線及其頂部所在波束；

步驟103-5，根據地形函數M(s,t)和初步確定的裸露點和懸跨點處的管線所在波束，測量管線左側海底高度D1(n)和右側海底高度D2(n)及D1和D2所在波束；

其中，n為波束號；

步驟103-6，將左側海底高度D1(n)和右側海底高度D2(n)采用插值方法獲得被管線遮擋的海底高度D(n)；

步驟103-7，

根據H_m和D(n)的結果，計算管線頂部距離海底的相對高度H'；

根據參數H'的值和管線直徑d進一步篩選初步確定的裸露點和懸跨點，最終確定管線上存在的裸露點和懸跨點，并計算最終確定的懸跨點的懸跨高度和裸露點的裸露高度，具體篩選規則和高度計算公式為：

如果H'-d＞0，則管線處于懸跨狀態，且懸跨高度為H'-d；

如果H'-d＜0，則管線處于裸露狀態，且裸露高度為|H'-d|。