[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

技術領域

本發明涉及一種海底裸露管線的聲學探測系統與方法，特別涉及一種海底鋪設管線被沖刷、裸露情況的測量系統和方法。

背景技術

墨西哥灣海底油井原油泄漏事件給人們敲響了海洋石油生產安全保障的警鐘，其直接經濟損失達數十億美元，對海洋環境和海洋生態的破壞無法估量。隨著海洋資源開發和利用的不斷深入，各種鋪設在海底的管線也越來越多，如海底輸油管線、海底輸水管線、海底輸氣管線等，然而管線鋪設后容易受到海流的沖刷，使管線裸露在海床之上，其鋪設位置發生改變；被沖刷的管線容易受到海水侵蝕而破損。這些破壞都會給管線的使用帶來極大地安全隱患。因此，海底管線被沖刷情況的定期探測與測量越來越受到重視。

目前，針對海底管道鋪設情況進行檢查常用聲學儀有側掃聲納和多波束測深儀等。側掃聲納可對海底管道的鋪設狀態進行檢查。對于鋪設于相對平坦海底面上的海底管線，側掃聲納能夠對海底管線的懸跨或掩埋程度進行判斷。對于位于管道溝中的管線，可對管線與溝底的接觸情況或懸跨程度進行判斷，由于受到管線幾何尺寸和工作原理的限制，無法測量海底管線的裸露和懸跨高度。多波束測深儀雖然能夠用于測量海底管線，但是，由于測量海底覆蓋范圍有限，測量效率低。因此，隨著海洋石油生產安全的要求的不斷提高，上述測量設備無法滿足對海底管線裸露和懸跨情況的快速、高效率準確測量要求。

發明內容

本發明的目的在于，為了解決現有設備對鋪設在海底的管線探測效率低，測量范圍有限和測量精度低的技術問題，本發明提供一種海底管線探測和測量系統和方法。

為了實現上述目的，本發明提供了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。

可選的，上述步驟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。

進一步可選的，上述步驟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或懸跨點，并同時記錄懸跨和裸露的位置，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。

可選的，上述步驟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信號，將接收的散射信號形成預成波束數據；

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期的地形函數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；