技术特征：
1.一种海底管线悬跨及屈曲变形水下探测设备，其特征在于，包括：第一控制中心；传输线缆；第一换能器基阵，所述第一换能器基阵安装于管线节点，所述第一换能器基阵通过传输线缆与第一控制中心连接；第二控制中心，所述第二控制中心与第一控制中心通信连接；脐带缆；水下履带式arv，所述水下履带式arv通过脐带缆与第二控制中心连接；第二换能器基阵，所述第二换能器基阵安装于所述水下履带式arv；中继信号站和应答器，所述应答器设置于中继信号站；每一中继信号站设置至少一个应答器；所述第一换能器基阵发出询问信号，应答器接收询问信号并回复应答信号，第一换能器基阵收到应答信号并将该信号传递给第一控制中心，第一控制中心根据所接受信号数据计算出第一换能器基阵的绝对位置坐标，并将绝对位置坐标数据传递给第二控制中心，第二控制中心根据绝对位置坐标绘制管线立体形态图、评估管线的屈曲情况并输出水下履带式arv的三维行进路线；所述第二换能器基阵发出询问信号，应答器接收询问信号并回复应答信号，第二换能器基阵收到应答信号并将该信号传递给第二控制中心；第二控制中心根据所接受信号数据计算出水下履带式arv的实时坐标数据，进而求出管线的海床形貌图。2.根据权利要求1所述的海底管线悬跨及屈曲变形水下探测设备，其特征在于，包括中继站；所述中继站分别与第二控制中心、脐带缆连接。3.根据权利要求2所述的海底管线悬跨及屈曲变形水下探测设备，其特征在于，所述中继站为可伸缩中继站。4.根据权利要求1所述的海底管线悬跨及屈曲变形水下探测设备，其特征在于，所述第一换能器基阵和第二换能器基阵均为由一个收发合置换能器和两个接收换能器组成的“l”型三元基阵；所述收发合置换能器位于基阵原点，所述两个接收换能器分别位于基阵相互垂直的两个方向；合置换能器到两个接收换能器的距离相等。5.根据权利要求1所述的海底管线悬跨及屈曲变形水下探测设备，其特征在于，所述第一控制中心设置于海面的陆上控制中心；所述第二控制中心设置于母船。6.根据权利要求1所述的海底管线悬跨及屈曲变形水下探测设备，其特征在于，所述水下履带式arv包括脐带缆连接口、探测装置、控制装置、动力装置、推进装置和履带装置；所述脐带缆连接口连接脐带缆，所述脐带缆连接口与中继信号站充电接口适配；所述探测装置包括高清摄像机、照明灯和前视声呐；所述控制装置分别连接探测装置、动力装置、推进装置和第二换能器基阵；所述推进装置连接所述履带装置；所述动力装置提供能源动力。7.根据权利要求6所述的海底管线悬跨及屈曲变形水下探测设备，其特征在于，所述推进装置包括垂向推进器和水平推进器，所述垂向推进器在水下履带式arv两侧各安装2个，所述水平推进器在水下履带式arv尾部对称安装2个。8.一种采用权利要求1-7任意一项所述海底管线悬跨及屈曲变形水下探测设备的探测方法，其步骤为：
（1）划分海底管线节点；在卡扣上安装第一换能器基阵，并将卡扣安装于预设管线节点；（2）安装中继信号站；所述中继信号站与海底管线之间的距离大于安全距离，所述安全距离是指管线周围预估最大冲刷半径与中继信号站周围预估最大冲刷半径之和；中继信号站上安装应答器，标记应答器，并记录应答器坐标；（3）第一控制中心发布指令，使第一换能器基阵依次发射询问信号，应答器接收询问信号并发射应答信号，第一换能器基阵收到应答信号并将信号数据传递给第一控制中心；第一控制中心根据信号数据计算各节点的绝对位置坐标，并将绝对位置坐标数据传递给第二控制中心；（4）第二控制中心根据各节点的绝对位置坐标绘制管线三维形态图，并评估管线屈曲情况；第二控制中心根据管线各节点绝对位置坐标初步规划水下履带式arv的行进路径；（5）水下履带式arv连接脐带缆并将水下履带式arv投放至管线侧方；（6）水下履带式arv在第二控制中心的控制下在管线侧方沿规划好的行进路径行走，并根据探测装置传回的图像调控前进方向和角度；（7）水下履带式arv在行走的同时第二换能器基阵发射询问信号，信号中继站上的应答器接收询问信号并发射应答信号，第二换能器基阵接收应答信号并将信号数据传递给第二控制中心；（8）第二控制中心处理信号数据，求得水下履带式arv的实时坐标数据，进而求出管线两侧的海床形貌图；根据管线两侧海床形貌图和探测装置传回的图像规划出需要重点探测的悬跨区域，并规划自主作业路线；（9）水下履带式arv关闭脐带缆连接，根据预先设计好的自主作业路线沿悬跨的管线底部行走；（10）水下履带式arv在管线底部行走的同时第二换能器基阵发射询问信号，信号中继站上的应答器接收询问信号并发射应答信号，第二换能器基阵接收应答信号并将信号数据传递给第二控制中心；（11）第二控制中心处理信号数据，求得水下履带式arv的实时坐标数据，进而求出管线底部的海床形貌图；（12）结合管线两侧的海床形貌图和管线底部的海床形貌图，绘制管线周围整体海床形态图，结合管线三维形态图，求得管线悬跨高度和悬跨长度。9.根据权利要求8所述的探测方法，其特征在于，所述arv的投放方式采用中继站：连接脐带缆并将水下履带式arv放置在可伸缩中继站上；母船缓缓下放中继站至指定深度，中继站释放水下履带式arv，水下履带式arv降落至管线侧方。10.根据权利要求9所述的探测方法，其特征在于，水下履带式arv行走路径采取“ㄹ”状行走。
技术总结
本发明公开了一种海底管线悬跨及屈曲变形水下探测设备及探测方法，属于海洋工程减灾防灾领域。该设备包括第一控制中心、传输线缆、第一换能器基阵、第二控制中心、脐带缆、水下履带式ARV、第二换能器基阵、中继信号站和应答器；第一换能器基阵安装于管线节点，第一换能器基阵通过传输线缆与第一控制中心连接；第二换能器基阵安装于所述水下履带式ARV；水下履带式ARV通过脐带缆与第二控制中心连接；应答器设置于中继信号站；第二控制中心与第一控制中心通信连接。本发明的设备及探测方法，提供了一种固定应答器-移动换能器基阵、多应答器-多换能器基阵的超短基线系统定位方式，在管线屈曲和悬跨探测过程中，实现高效定位。实现高效定位。实现高效定位。
技术研发人员：解安琪 陈旭光 杜文博 张凤鹏 牛小东 王华鹏
受保护的技术使用者：中国海洋大学
技术研发日：2021.12.20
技术公布日：2022/1/18