一种基于水听器的海底管道在线式位移监测估算方法
【专利摘要】本发明公开一种基于水听器的海底管道在线式位移监测估算方法，该方法还包括有用于实现该海底管道在线式位移监测估算方法的设备，该设备主要由上位控制机、海底管道、安装于海底管道上的若干个水听器以及水下电缆或光缆组成硬件基础，由上位控制机依次实时控制各个水听器轮流发射声脉冲，其他水听器接收声脉冲，根据声脉冲的发射和接收之间的时间差来判定海底管道是否发生位移，实现海底管道的实时在线式位移监测估算。本发明一种基于水听器的海底管道在线式位移监测估算方法可不受海底管道的长度限制，能满足大部分的海底管道位移实时在线监测需求。
【专利说明】
一种基于水听器的海底管道在线式位移监测估算方法
技术领域
[0001]本发明涉及水听器轮循发射声脉冲，用以实现海底管道位移监测的方法，尤其是一种基于水听器的海底管道在线式位移监测估算方法，属于水声电子技术领域。【背景技术】
[0002]海底油气管道对于海洋油气行业来说，相当于油田的“生命线”，为了保障海底油气管道的安全，防止发生重大油气泄露事故，每年都需要采用工程船只沿海底管道布线路径大范围探摸海底管道，用以评估海底管道的运行状态，探寻管道是否因海流冲刷、船锚或渔网钩挂发生移位，以及由于海床沉降使得海底管道悬跨于海床上造成失稳隐患。
[0003]动用工程船只或采用“一种基于红外热成像的海底管道巡线机器人及其控制方法”(国内专利)进行海底管道大范围探摸巡检无法实时在线监测海底管道位移状态，而且海底管道长度往往达几十甚至上百公里，当海底管道发生较大移位后，无法实现实时感知， 即时指导应急抢险和事后调查分析取证。
[0004]根据水声学原理，当位置或距离已确定的两个水听器，位于水下，声音在两者间的传播时间是确定的，而当两者位置或距离发生变化时，声音在两者间的传播时间将会产生相应的变化，依据该原理，发明了一种基于水听器的海底管道在线式位移监测估算方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷与不足，提出一种基于水听器的海底管道在线式位移监测估算方法，本发明能够实现实时监测海底管道位移状态、记录声学监测数据以及协助海底管道应急抢险和事后调查。
[0006]为实现上述目的，本发明是通过采用下列的技术方案来实现的:
[0007]—种基于水听器的海底管道在线式位移监测估算方法，还包括有用于实现该海底管道在线式位移监测估算方法的设备，该设备主要由上位控制机(1)、海底管道(2)、安装于海底管道(2)上的若干个水听器(3)以及水下电缆或光缆组成，其中，
[0008]所述的上位控制机(1)安装在海底管道(2)的入口一侧或者安装于海底管道(2)的出口一侧，也可在两处都安装；
[0009]所述的水听器(3)固定安装在海底管道(2)上，每隔一定距离布置一个水听器(3)， 各水听器(3)用于实时接收上位控制机(1)的控制指令发送声脉冲(5)或者用于实时监测接收其他水听器(3)发送的声脉冲(5)。
[0010]作为本发明上述的改进，所述的上位控制机(1)用以实时控制任意水听器(3)发送声脉冲(5)，并实时接收、记录任意水听器(3)的监测数据，通过将接收到的各个监测数据与对应水听器(3)的历史数据比对，若两者间存在较大数值偏差，则通过上位控制机(1)给出报警信息。
[0011]作为本发明上述的进一步改进，所述的水听器(3)用于发出声脉冲(5)或者用于接收其他水听器发出的声脉冲(5)，根据声脉冲(5)发射和接收之间的时间间隔计算出水听器(3)间的距离。
[0012]作为本发明上述的更进一步改进，所述的水下电缆或光缆固定在海底管道(2)上， 海底管道(2)用于串接各个水听器(3)。
[0013]作为本发明上述的又进一步改进，安装完成后，海底管道(2)的走线方位原始历史数据是由上位控制机(1)通过水下电缆或光缆由近到远依次发送脉冲声波(5)发射指令给各个水听器(3)，并由上位控制机(1)接收各个水听器(3)得出的自身和声脉冲发射水听器的距离并予以记录，预估各个水听器(3)的经炜度坐标数据。
[0014]作为本发明上述的再进一步改进，完成海底管道(2)及本方法要求的各项设备的安装后，海底管道(2)的原始历史数据由工程船只(4)的旁扫声纳海底管道(2)扫描数据形成或者海底管道(2)的原始历史数据也可由上位控制机(1)通过水下电缆或光缆由近到远依次发送脉冲声波(5)发射指令给各个水听器(3)，并由上位控制机(1)接收各个水听器(3) 得出的自身和声脉冲发射水听器的距离并予以记录。
[0015]作为本发明上述的再更进一步改进，海底管道(2)的原始历史数据和水听器(3)间的布置间隔数据形成各个水听器(3)的经炜度坐标数据。
[0016]作为本发明上述的又再更进一步改进，设备投入运行后，上位机实时给各个水听器依次发送发射声脉冲(5)指令，并实时接收各个水听器(3)得出的自身和声脉冲发射水听器的距离并予以记录，并称为一次轮循发射;当海床发生大面积沉降或海底管道(2)被船锚钩挂后，海底管道(2)将产生弯曲和拉伸变形，从而导致水听器(3)间的距离发生变化而被水听器(3)实时捕捉并记录，当任意两个或以上水听器(3)间的距离变化值超过预设值时， 在上位控制机(1)给出报警信息和管道变形位置经炜度的估计值，轮循发射可自动或人工控制进行。
[0017]作为本发明上述的又再更进一步改进，上位控制机(1)在给出报警信息后，继续进行各水听器(3)的轮循声脉冲发射，并将最近一次报警时的水听器(3)间的距离作为参照依据，判定该次轮循发射期间是否再次发生水听器(3)距离的大幅变化，并判定是否发生报警。
[0018]本发明与现有技术相比所产生的有益效果是:本发明相比常规的海底管道检测方式来说，该发明可实现对海底管道位移的实时性在线监测估算，及时将海底管道可能发生变形的区段经炜度信息提供给工程船只和水下机器人，提升检修的针对性和检修效率，并可提供发生位移事故时段记录的海域噪声特性作为事故调查分析用，并且该方法中的水听器可相互通过水下电缆或光缆串接，可不受海底管道的长度限制，能满足大部分的海底管道位移实时在线监测需求。【附图说明】
[0019]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步更详细的说明，其中:
[0020]图1是本发明各项设备的布置示意图；
[0021]图2是本发明海底管道及水听器在管道变形前后分布变化的示意图；
[0022]其中，图中标示:丨一第一上位控制机，2一海底管道，3一收/发一体式水听器，4一工程船，5—脉冲声波，6—第二上位控制机。【具体实施方式】
[0023]下面结合附图以及具体的实施例对本发明的【具体实施方式】进行更加详细的说明。 [〇〇24] 实施例1
[0025]如图1所示，一种基于水听器的海底管道在线式位移监测估算方法，该海底管道在线式位移监测估算方法还包括有用于实现该海底管道在线式位移监测估算方法的设备，该设备主要由上位控制机1、海底管道2、安装于海底管道2上的若干个水听器3以及水下电缆或光缆组成，其中，
[0026]上位控制机1安装在海底管道2的入口一侧或者安装于海底管道2的出口一侧，也可在两处都安装；[〇〇27] 水听器3固定安装在海底管道2上，每隔一定距离布置一个水听器3,各水听器3用于实时接收上位控制机1的控制指令发送声脉冲5或者用于实时监测接收其他水听器3发送的声脉冲5。
[0028]更具体的，该发明所采用的具体步骤是:将水听器3以一定间隔固定在海底管道2 上，并通过水下电缆连接上位控制机1及各个水听器3,水听器3将随着海底管道2的移动而同步移动。
[0029]海底管道2铺设完毕后，利用上位控制机1依次检测各个水听器3的声脉冲5发射和接收功能，对水听器3以由近到远的顺序进行编号并校调，使各个水听器3间的时间实现同步。
[0030]上位控制机1通过水下电缆或光缆由近到远依次发送脉冲声波5发射指令给各个水听器3,并由上位控制机1接收各个水听器3得出的自身和声脉冲发射水听器的距离并予以记录:一号水听器发送声脉冲信号，二号水听器接收声脉冲信号，并根据声脉冲信号的发送和接收间的时间差值乘以声速得出距离一号水听器的距离，发送给上位控制机1并由上位控制机1记录;二号水听器发送声脉冲信号5,三号水听器接收声脉冲信号5,并根据声脉冲信号5的发送和接收间的时间差值乘以声速得出距离二号水听器的距离，发送给上位控制机1并由上位控制机1记录，依次类推，由上位控制机1记录海底管道2铺设后的各个水听器间的相互间隔，形成原始参照数据。[〇〇31]最后，由携带GPS的工程船4采用旁扫声纳对海底管道2进行布线方位扫描，结合各个水听器3间的相互间隔，大致估算出各个水听器3的经炜度坐标，并在上位控制机1图形界面上为各个水听器3输入经炜度坐标值。
[0032]设备在运行过程中，上位控制机1实时给各个水听器3依次发送发射声脉冲5指令， 并实时接收其他水听器得出的自身和声脉冲发射水听器的距离并予以记录，称为一次轮循发射。当海床发生大面积沉降或海底管道2被船锚钩挂后，海底管道2将产生弯曲和拉伸变形，从而导致水听器3间的距离发生变化而在轮循发射过程中被水听器3实时捕捉，当任意两个或以上水听器3间的距离变化值超过预设值时，该预设值根据管道材质、尺寸和长度确定，在上位控制机1的图形界面给出报警信息和管道变形位置经炜度的估计值，记录变形后的水听器间隔并作为下次判定是否发生位移的参照数据。
[0033]当上位控制机1在给出报警信息后，继续进行各水听器的轮循声脉冲5发射，并将最近一次报警时的水听器间3的间隔作为参照依据，判定该次轮循发射期间是否再次发生水听器距离的大幅变化，并判定是否发生报警。
[0034]作为进一步的，可在海底管道2的另一端安装另外一台上位控制机1，两台控制计算机的工作模式完全一致，如此还可实现，当信号从海底管道某一节点断开后，依然可以实现全管道路径的完全位移监测估算。
[0035]在本实用新型中，上位控制机既可安装在海洋平台上可也安装在陆地;水听器固定在海底管道上;水下电缆或光缆用以连接上位控制机和水听器。该方法中的水听器可相互通过水下电缆或光缆串接。
[0036]最后，需要说明的是，本发明的保护范围不仅仅局限于上述实施例，上述实施例只是为了帮助解释和说明本发明，而不是对本发明的保护范围进行限制，只要设计与本发明的设计相同或者是只要是等同替换的都落在本发明所要求保护的范围之内。
【主权项】
1.一种基于水听器的海底管道在线式位移监测估算方法，其特征在于:还包括有用于 实现该海底管道在线式位移监测估算方法的设备，该设备主要由上位控制机(1)、海底管道 (2)、安装于海底管道(2)上的若干个水听器(3)以及用以连接上位控制机(1)和水听器(3) 的水下电缆或光缆组成，其中，所述的上位控制机(1)安装在海底管道(2)的入口一侧或者安装于海底管道(2)的出口 一侧，也可在两处都安装；所述的水听器(3)固定安装在海底管道(2)上，每隔一定距离布置一个水听器(3)，各水 听器(3)用于实时接收上位控制机(1)的控制指令发送声脉冲(5)或者用于实时监测接收其 他水听器(3)发送的声脉冲(5)。2.根据权利要求1所述的一种基于水听器的海底管道在线式位移监测估算方法，其特 征在于:所述的上位控制机(1)用以实时控制任意水听器(3)发送声脉冲(5)，并实时接收、 记录任意水听器(3)的监测数据，通过将接收到的各个监测数据与对应水听器(3)的历史数 据比对，若两者间存在较大数值偏差，则通过上位控制机(1)给出报警信息。3.根据权利要求1所述的一种基于水听器的海底管道在线式位移监测估算方法，其特 征在于:所述的水听器(3)用于发出声脉冲(5)或者用于接收其他水听器发出的声脉冲(5)， 根据声脉冲(5)发射和接收之间的时间间隔计算出水听器(3)间的距离。4.根据权利要求1所述的一种基于水听器的海底管道在线式位移监测估算方法，其特 征在于:所述的水下电缆或光缆固定在海底管道(2)上，海底管道(2)用于串接各个水听器 ⑶。5.根据权利要求1所述的一种基于水听器的海底管道在线式位移监测估算方法，其特 征在于:安装完成后，海底管道(2)的走线方位原始历史数据是由上位控制机(1)通过水下 电缆或光缆由近到远依次发送脉冲声波(5)发射指令给各个水听器(3)，并由上位控制机 (1)接收各个水听器(3)得出的自身和声脉冲发射水听器的距离并予以记录，预估各个水听 器(3)的经炜度坐标数据。6.根据权利要求1所述的一种基于水听器的海底管道在线式位移监测估算方法，其特 征在于:完成海底管道(2)及本方法要求的各项设备的安装后，海底管道(2)的原始历史数 据由工程船只(4)的旁扫声纳海底管道(2)扫描数据形成或者海底管道(2)的原始历史数据 也可由上位控制机(1)通过水下电缆或光缆由近到远依次发送脉冲声波(5)发射指令给各 个水听器(3)，并由上位控制机(1)接收各个水听器(3)得出的自身和声脉冲发射水听器的 距离并予以记录。7.根据权利要求1所述的一种基于水听器的海底管道在线式位移监测估算方法，其特 征在于:海底管道(2)的原始历史数据和水听器(3)间的布置间隔数据形成各个水听器(3) 的经炜度坐标数据。8.根据权利要求1所述的一种基于水听器的海底管道在线式位移监测估算方法，其特 征在于:设备投入运行后，上位机实时给各个水听器依次发送发射声脉冲(5)指令，并实时 接收各个水听器(3)得出的自身和声脉冲发射水听器的距离并予以记录，并称为一次轮循 发射；当海床发生大面积沉降或海底管道(2)被船锚钩挂后，海底管道(2)将产生弯曲和拉 伸变形，从而导致水听器(3)间的距离发生变化而被水听器(3)实时捕捉并记录，当任意两 个或以上水听器(3)间的距离变化值超过预设值时，在上位控制机(1)给出报警信息和管道变形位置经炜度的估计值，轮循发射可自动或人工控制进行。9.根据权利要求8所述的一种基于水听器的海底管道在线式位移监测估算方法，其特 征在于:上位控制机(1)在给出报警信息后，继续进行各水听器(3)的轮循声脉冲发射，并将 最近一次报警时的水听器(3)间的距离作为参照依据，判定该次轮循发射期间是否再次发 生水听器(3)距离的大幅变化，并判定是否发生报警。
【文档编号】G01S11/14GK106093923SQ201610397112
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月7日 公开号201610397112.4, CN 106093923 A, CN 106093923A, CN 201610397112, CN-A-106093923, CN106093923 A, CN106093923A, CN201610397112, CN201610397112.4
【发明人】黄明辉, 杨帆, 童赛美, 陈静, 龙峰, 杨勇
【申请人】中国船舶重工集团公司七五○试验场