基于水下巡检系统的巡检装置及方法与流程

本发明实施例涉及巡检技术，尤其涉及一种基于水下巡检系统的巡检装置及方法。

背景技术：

自50年代以来，水下管道铺设量不断增长，由过去的跨越江河铺设，发展到现在的跨越深海铺设，实现了水下油气的输送网络。

由于水下油气输送管道浸泡在水中，会受到来自化学与生物的腐蚀，长此以往管道壁厚逐渐减小，会导致管道内输送介质的泄漏。现有技术主要是通过在管道上安装检测装置，来检测管道的压力和流量，从而确定管道的泄漏点位置。

但是，在管道泄漏初期，由于泄漏点的规模较小，现有技术由于受到检测装置安装位置和安装数量的限制，很难快速准确地定位管道泄漏点的位置，待泄漏点发展到一定规模被发现时，已经造成了管道传输介质的损失，甚至对管道周围的水质造成了一定的污染。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种基于水下巡检系统的巡检装置及方法，以快速准确地定位管道泄漏点的位置，减少管道传输介质的损失。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于水下巡检系统的巡检装置，包括：定位通讯模块、主控制器、动力控制模块以及泄漏检测模块；

所述定位通讯模块与所述主控制器电连接，用于接收基站发送的定位声波信号，根据所述定位声波信号确定所述巡检装置与所述基站的相对位置，并将所述巡检装置与所述基站的相对位置数据发送至所述主控制器；

所述主控制器与所述动力控制模块电连接，用于接收所述巡检装置与所述基站的相对位置数据，根据所述巡检装置与所述基站的相对位置数据，生成第一动力控制指令，以使所述动力控制模块基于所述第一动力控制指令控制所述巡检装置向所述基站移动；

所述泄漏检测模块，用于在所述巡检装置移动过程中，实时收集管道泄漏点的声波信号，基于所述管道泄漏点的声波信号确定所述管道泄漏点与所述巡检装置的相对位置，其中，所述管道泄漏点的声波信号是基于管道上泄漏点的不同泄漏程度产生的声波信号。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于水下巡检系统的巡检方法，应用于第一方面所述的巡检装置中，所述巡检装置包括定位通讯模块、主控制器、动力控制模块以及泄漏检测模块，所述方法包括：

通过所述定位通讯模块接收基站发送的定位声波信号，根据所述定位声波信号确定巡检装置与所述基站的相对位置，并根据所述巡检装置与所述基站的相对位置数据发送至所述主控制器；

通过主控制器接收所述巡检装置与所述基站的相对位置数据，根据所述巡检装置与所述基站的相对位置数据，生成第一动力控制指令，以使所述动力控制模块基于所述第一控制指令控制所述巡检装置向所述基站移动；

通过所述泄漏检测模块在所述巡检装置移动过程中，实时收集管道泄漏点的声波信号，基于所述管道泄漏点的声波信号确定所述管道泄漏点与所述巡检装置的相对位置。

本发明实施例通过定位通讯模块接收基站发送的定位声波信号，并在根据定位声波信号确定巡检装置与基站的相对位置后，将巡检装置与基站的相对位置数据发送至主控制器，由主控制器根据巡检装置与基站的相对位置数据生成第一动力控制指令，以使动力控制模块基于第一动力控制指令控制巡检装置向基站移动，实现了巡检装置在水下沿管道向基站移动的功能，又通过泄漏检测模块在巡检装置移动过程中，实时收集管道泄漏点的声波信号，基于管道泄漏点的声波信号确定管道泄漏点与巡检装置的相对位置，实现了巡检装置在移动过程中动态检测管道泄漏点的功能。解决了现有技术通过固定在管道上的压力以及流量装置确定管道泄漏点的位置时，由于受装置安装位置以及数量的影响，不能进行灵活检测并且准确定位泄漏点的问题，实现了快速准确定位管道泄漏点的位置，减少管道传输介质损失的效果。

附图说明

图1a是本发明实施例一提供的一种基于水下巡检系统的巡检装置的结构示意图；

图1b是本发明实施例一提供的一种基站与巡检装置的位置示意图；

图1c是本发明实施例一提供的一种基于水下巡检系统的巡检装置的动力控制模块的动力单元的结构示意图；

图2a是本发明实施例二提供的一种基于水下巡检系统的巡检装置的结构示意图；

图2b是本发明实施例二提供的一种基于水下巡检系统的巡检装置的结构示意图；

图2c是本发明实施例二提供的一种基于水下巡检系统的巡检装置的信号采集模块的结构示意图；

图2d是本发明实施例二提供的一种基于水下巡检系统的巡检装置的动力控制模块的浮力单元的结构示意图；

图3是本发明实施例三提供的一种基于水下巡检系统的巡检装置的泄漏检测模块的结构示意图；

图4a是本发明实施例四提供的一种基于水下巡检系统的巡检装置的定位通讯模块的结构示意图；

图4b是本发明实施例四提供的一种基于水下巡检系统的巡检装置的定位通讯模块的声光定位单元的结构示意图；

图4c是本发明实施例四提供的一种基于水下巡检系统的巡检装置的定位通讯模块的通讯单元的结构示意图；

图5a是本发明实施例五提供的一种基于水下巡检系统的巡检装置的能源控制模块的结构示意图；

图5b是本发明实施例五提供的一种基于水下巡检系统的巡检装置的能源控制模块的能源监测单元的结构示意图；

图5c是本发明实施例五提供的一种基于水下巡检系统的巡检装置的能源控制模块的能源转化单元的结构示意图；

图6为实施例六提供的一种基于水下巡检系统的巡检方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1a是本发明实施例一提供的一种基于水下巡检系统的巡检装置的结构示意图，本实施例可适用于检测水下管道泄漏点的位置的情况。所述水下巡检系统可作为水下管道传输系统的子系统，辅助完成管道内介质的传输，典型的，在海洋油气生产系统中，所述水下巡检系统可用于检测海底管道的泄漏点，辅助完成油气由海底到陆地的传输工作。基于水下巡检系统的巡检装置是可以在水下运动的，具体实现对管道泄漏点进行检测的装置，典型的，所述巡检装置为智能巡检机器人，管道管理平台定时将智能巡检机器人下放至水下管道周围，使智能巡检机器人沿管道巡检，并在巡检后将获取数据发送至管道管理平台，在巡检装置巡检过程中，可以实时与水下管道上的基站进行数据交换，图1b提供了一种基站与巡检装置的位置示意图。

如图1a所示，基于水下巡检系统的巡检装置1包括：定位通讯模块11、主控制器12、动力控制模块13以及泄漏检测模块14。

在本实施例中，巡检装置1的主控制器12是调度和管理巡检装置1中其他模块的处理端，定位通讯模块11包括接收和发送信号的装置，是实现巡检装置1与外界沟通的模块，动力控制模块13包括动力装置和浮力装置，是为巡检装置1产生驱动力以及调整浮力影响的模块，泄漏检测模块14包括收集泄漏信号的装置，是实现巡检装置1检测管道泄漏点的模块。

需要说明的是，在本实施例中，巡检装置1中的模块或者主控制器12均是通过电连接实现数据通讯的，图1a仅提供了一种优选的电连接方式，即控制器局域网络(controllerareanetwork，can)总线连接方式。

所述定位通讯模块11与所述主控制器12电连接，用于接收基站2发送的定位声波信号，根据所述定位声波信号确定所述巡检装置1与所述基站2的相对位置，并将所述巡检装置1与所述基站2的相对位置数据发送至所述主控制器12。

其中，基站2是设置于管道上，用于向巡检装置1发送定位声波信号的装置，一般的，基站2以预设间隔长度设置于水下管道上或者按照水下管道的节点分布，合理设置于水下管道节点上，需要说明的是，基站2与管道的相对位置并不限于上下位置，基站2可以以任意角度与管道贴合设置。

巡检装置1与基站2之间可以通过定位声波信号通信，定位声波信号是由基站2上的主动声呐利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理生成的声波信号，用于协助巡检装置1远距离(距离在100米以上)确定巡检装置1与基站2的相对位置。典型的，当基站2被管道管理平台或者巡检装置1告知巡检装置1具有导航定位需求时，基站2会向巡检装置1发送定位声波信号。需要说明的是，本实施例中，不对基站2发送定位声波信号的频次做具体限定，也就是说，巡检装置1可以是根据基站2发送的一次定位声波信号确定巡检装置1与基站2的相对位置，也可以是根据基站2发送的多次定位声波信号确定巡检装置1与基站2的相对位置。

在本实施例中，定位通讯模块11根据定位通讯模块11上多个接收定位声波信号的采集点获取定位声波信号的时间戳，计算出巡检装置1与基站2的相对位置数据(相对位置数据包含但不限于相对方向数据以及相对距离数据)，并将巡检装置1与基站2的相对位置数据发送至主控制器12。

所述主控制器12与所述动力控制模块13电连接，用于接收所述巡检装置1与所述基站2的相对位置数据，根据所述巡检装置1与所述基站2的相对位置数据，生成第一动力控制指令，以使所述动力控制模块13基于所述第一动力控制指令控制所述巡检装置1向所述基站2移动。

在本实施例中，主控制器12接收巡检装置1与基站2的相对位置数据，根据巡检装置1与基站2的相对位置数据，生成第一动力控制指令。其中，主控制器12生成第一动力控制指令的次数，与定位通讯模块11发送巡检装置1与基站2的相对位置数据的次数一致，也就是说，当基站2实时发送定位声波信号时，定位通讯模块11实时产生巡检装置1与基站2的相对位置数据，则主控制器12也会实时生成第一动力控制指令。主控制器12将生成的第一动力控制指令发送至动力控制模块13，使动力控制模块13基于第一动力控制指令，调节动力控制模块13中的电机的转动方向以及转速，实现巡检装置1的定向移动。

典型的，动力控制模块13中至少包括两个电机，通过调节至少两个电机的正反转，以及控制电机间的转速差，既可以实现巡检装置1的“前后左右”移动，以使巡检装置1向基站2移动。当巡检装置1达到基站2后，可以向下一基站2发送导航定位需求，以使下一基站2向巡检装置1发送定位下一基站2的定位声波信号。

具体的，基于本实施例的技术方案，动力控制模块13可以具体包括：动力单元以及浮力单元。

其中，如图1c所示，动力单元可以包括：动力单元控制器131、无刷电机驱动电路132以及动力收发电路133。需要说明的是，图1c仅提供了优选的电连接方式以及优选的供电方式，且此处不对供电电源做具体限定。

动力单元控制器131通过动力收发电路133将can总线传输过来带有各电机转速要求的指令转化成模拟量信号，进而实现对各个电机转速的控制；无刷电机驱动电路132中包括姿态电机组以及推进电机组，姿态电机组由四个无刷电机组成，通过对四个电机的转速进行分别控制，从而实现水下巡检装置1的俯仰、滚转与悬浮的功能，推进电机组由两个无刷电机组成，通过对两个电机的转速进行分别控制，从而实现水下巡检装置1的偏航、前进与后退的功能。

所述泄漏检测模块14，用于在所述巡检装置1移动过程中，实时收集管道泄漏点的声波信号，基于所述管道泄漏点的声波信号确定所述管道泄漏点与所述巡检装置1的相对位置，其中，所述管道泄漏点的声波信号是基于管道上泄漏点的不同泄漏程度产生的声波信号。

在本实施例中，泄漏检测模块14确定管道泄漏点的声波信号的原理是：管道内的压力大于外界水体压力，并且管道内的介质与水不是同一种物质。当管道发生泄漏时，管道内的介质会通过孔洞迅速的冲出与水体发生碰撞，由于管道内压力稳定，泄漏孔洞的大小不会急剧变化，两种物质碰撞发出的声音一定是持续且规律的，基于该持续且规律的特点，可以确定管道泄漏点的声波信号。

进一步的，所述管道泄漏点的声波信号是基于管道上泄漏点的不同泄漏程度产生的声波信号，也就是说，还可以根据泄漏程度不同，产生的持续且规律的特点不同，确定不同的管道泄漏点的声波信号，从而不仅实现对管道泄漏点的位置检测，还可以实现对管道泄漏点的泄漏程度的检测。

在本实施中，基于管道泄漏点的声波信号确定管道泄漏点与巡检装置1的相对位置的方式与根据定位声波信号确定巡检装置1与基站2的相对位置的方式相同，都是基于多个信号采集点的时间戳，计算相对位置数据。

本实施例的技术方案通过定位通讯模块接收基站发送的定位声波信号，并在根据定位声波信号确定巡检装置与基站的相对位置后，将巡检装置与基站的相对位置数据发送至主控制器，由主控制器根据巡检装置与基站的相对位置数据生成第一动力控制指令，以使动力控制模块基于第一动力控制指令控制巡检装置向基站移动，实现了巡检装置在水下沿管道向基站移动的功能，又通过泄漏检测模块在巡检装置移动过程中，实时收集管道泄漏点的声波信号，基于管道泄漏点的声波信号确定管道泄漏点与巡检装置的相对位置，实现了巡检装置在移动过程中动态检测管道泄漏点的功能。解决了现有技术通过固定在管道上的压力以及流量装置确定管道泄漏点的位置时，由于受装置安装位置以及数量的影响，不能进行灵活检测并且准确定位泄漏点的问题，实现了快速准确定位管道泄漏点的位置，减少管道传输介质损失的效果。

实施例二

图2a是本发明实施例二提供的一种基于水下巡检系统的巡检装置的结构示意图，本实施例在上一实施例的基础上进一步说明，提供了所述巡检装置还包括的能源控制模块，下面结合图2a对本实施例二提供的一种基于水下巡检系统的巡检装置进行说明。

需要说明的是，与实施例一类似的，本实施例中，巡检装置中的模块或者主控制器均是通过电连接实现数据通讯的，本实施例中的附图仅提供了优选的电连接方式。并且，在本实施例中，巡检装置中的模块或者主控制器需要预设类型的电能为其提供能源，图2a仅提供了一种优选的供电方式，即将能源控制模块获得的无线600v电能转换为直流(directcurrent，dc)24v以及dc5v电能，以满足不同模块或者控制器的硬件需求。

所述巡检装置1还包括：能源控制模块15。

在本实施例中，能源控制模块15包括内部电池组以及能源转化结构，是对巡检装置1内部电量监测以及从外界获取能源的模块。

所述能源控制模块15与所述主控制器12电连接，用于当检测到内部电池组的电量低于预设电量时，向所述主控制器12发送内部充电请求，以使所述主控制器12当接收到所述内部充电请求，且确定与所述基站2距离在第一预设距离范围内时，向所述定位通讯模块11发送所述内部充电请求。

在本实施例中，能源控制模块15可以实时对内部电池组的电量进行监测，并判断当前的监测结果是否低于预设电量，若低于预设电量，则向主控制器12发送内部充电请求。当主控制器12通过接收到的定位声波信号确定当前与基站2的距离在第一预设距离范围内时，会查看本地是否存在内部充电请求，若存在，将内部充电请求发送至定位通讯模块11。

所述定位通讯模块11，还用于接收所述内部充电请求，并基于所述内部充电请求，向所述基站2发送所述请求充电的声波信号，以使所述基站2基于接收到的所述请求充电的声波信号，向所述巡检装置1发送所述红外信号。

在本实施例中，定位通讯模块11将接受的内部充电请求转换为请求充电的声波信号，并将请求充电的声波信号以广播的形式向外界发送，其中，请求充电的声波信号中包含指定的基站2的信息，以使指定的基站2接收到的请求充电的声波信号，向巡检装置1发送红外信号。典型的，红外信号的发射装置位于基站2的充电端口处，以阵列的形式持续发送红外信号。红外信号的作用是引导巡检装置1向基站2的充电端口移动，以向巡检装置1提供能源。一般的，利用红外信号定位用于近距离(距离在100米以下)确定巡检装置1与基站2的充电端口的相对位置。

所述定位通讯模块11，还用于接收所述红外信号，根据所述红外信号在所述巡检装置1上的成像，确定向所述基站2的充电端口移动的移动方向，并基于所述红外信号的光强度确定所述巡检装置1与所述充电端口的相对距离，以及将移动方向数据和相对距离数据发送至所述主控制器12。

在本实施例中，定位通讯模块11利用接收到的红外信号的阵列成像以及红外信号的完整阵列成像，确定所接收的红信号的完整度，再根据该完整度确定向基站2的充电端口移动的移动方向。同时，定位通讯模块11还利用接收到的红外信号的光强度，以及预存的红外信号的光强度与距离的对比数据，确定巡检装置1与充电端口的相对距离。将移动方向数据和相对距离数据发送至主控制器12。

所述主控制器12，还用于接收所述移动方向数据和所述相对距离数据，根据所述移动方向数据和所述相对距离数据，实时生成第二动力控制指令，以使所述动力控制模块13基于所述第二动力控制指令控制所述巡检装置1向所述基站2的充电端口移动。

在本实施例中，由于红外信号引导是持续引导过程，所以主控制器12根据接受的移动方向数据和相对距离数据，可以实时生成第二动力控制指令，以使动力控制模块13基于第二动力控制指令控制巡检装置1向基站2的充电端口移动。由于动力控制模块13的驱动力作用，使巡检装置1移动，必然会影响定位通讯模块11接收到的红外信号的阵列成像以及光强度，从而改变定位通讯模块11向主控制器12发送的移动方向数据和相对距离数据，使主控制器12进一步调整实时生成的第二动力控制指令，通过上述循环过程，实现红外信号准确引导巡检装置1向充电端口的移动。

所述主控制器12，还用于在检测到基于所述相对距离数据确定的所述巡检装置1与所述充电端口的相对距离达到第二预设距离时，停止生成所述第二动力控制指令，以使所述动力控制模块13停止产生驱动力，并生成电磁启动指令，将所述电磁启动指令发送至所述能源控制模块15，以使所述能源控制模块15中的电磁铁和所述基站2的充电端口处的永磁铁之间产生相互吸引的作用力，以使所述能源控制模块15在所述作用力的作用下与所述充电端口的完成对接，其中，所述第二预设距离小于所述第一预设距离。

在本实施例中，主控制器12还会对相对距离数据进行实时监测，判断相对距离数据是否达到第二预设距离，例如，设置所述第二预设距离为20厘米，当基站2与充电端口的相对距离达到20厘米时，主控制器12停止生成第二动力控制指令，以使动力控制模块13停止产生驱动力，使巡检装置1处于静止悬浮状态(在不考虑洋流影响的情况下)，同时，主控制器12生成电磁启动指令，将电磁启动指令发送至能源控制模块15，以使能源控制模块15对设置在巡检装置1上的电磁铁通电，使电磁铁和基站2的充电端口处的永磁铁之间产生相互吸引的作用力，在该相互吸引的作用力的作用下，巡检装置1可以与基站2的充电端口准确对接。

由此，本实施例的技术方案提供了巡检装置在有充电需求时，通过基站2发送的红外信号持续引导以及电磁作用力引导，实现了巡检装置与基站2的充电端口对接的具体方式。一方面，避免了在利用声波近距离引导时，引导不准确的问题，另一方面，又避免了在接近对接位置时，红外引导引起的反复位置调整，会造成对接效率低以及功耗消耗大的问题。实现了准确且低功耗对接的效果。

如图2b所示，可选的，所述巡检装置1还包括：信号采集模块16；

所述信号采集模块16与所述主控制器12电连接，用于采集水下巡检过程中的水文数据，并将所述水文数据发送至所述主控制器12；

所述主控制器12，还用于接收所述水文数据，并基于所述水文数据，向所述动力控制模块13发送浮力调整指令，以使所述动力控制模块13基于所述浮力调整指令调整所述巡检装置1的重量。

其中，水文数据是巡检装置1周围的水域属性信息，典型的，当水域为海洋水域时，水文数据可以包括：海水密度、海水压力与洋流流速等。通过水文数据可以计算出当前作用于巡检装置1上的浮力。

在本可选的技术方案中，主控制器12接收信号采集模块16发送的水文数据，并基于水文数据确定当前作用于巡检装置1上的浮力，当浮力发生明显变化时，主控制器12向动力控制模块13发送浮力调整指令，以使动力控制模块13基于浮力调整指令调整巡检装置1的重量，使巡检装置1的自身重力与当前水下的浮力近似相等。

具体的，如图2c所示，信号采集模块16可以包括：信号采集控制器161、线性隔离电路162、采集信号放大电路163、数模转换电路164以及信号采集收发电路165。巡检装置1外部安装有多种传感器(例如，密度传感器、压力传感器和洋流流速传感器等)，线性隔离电路162将传感器输出的模拟量信号进行线性隔离，防止高电压穿入低电压系统当中烧毁设备；采集信号放大电路163将隔离后的信号进行二阶有源滤波后进行放大，以减小海底干扰信号的影响；数模转换电路164根据信号采集控制器161通过串行外设接口(serialperipheralinterface，spi)协议传输过来的指令将对应的模拟量信号转化成十六位精度的数字量，并回传给信号采集控制器161；信号采集控制器161在获得完全部的信号后，对信号进行编码，并通过信号采集收发电路165将数据发送给主控制器12。

具体的，基于本实施例以及其可选的技术方案，动力控制模块13还可以具体包括：浮力单元。

如图2d所示，浮力单元可以包括：浮力调节控制器134、控制信号放大电路135以及浮力收发电路136。通过浮力收发电路136接收can总线传递的浮力调整指令(当信号采集模块16采集的水文数据表征水下环境密度发生变化时，主控制器12发送浮力调整指令)，浮力调节控制器134输出两个模拟量信号(用于表征注水阀与排水阀的开度)，控制信号放大电路135将这两个模拟量信号进行隔离的同时，对两个模拟量信号的负载能力进行放大，实现对注水阀与排水阀的开度进行调节，最终使巡检装置1的浮力近似等于所受到的重力，以减小动力单元的运行负载。

由此，本可选的技术方案减小了动力控制模块在驱动巡检装置运动时的运行负载，降低了能源损耗。

实施例三

本发明实施例三提供了一种基于水下巡检系统的巡检装置，本实施例在上述实施例的基础上进一步说明，提供了巡检装置中泄漏检测模块的具体结构，下面结合图3对本实施例三提供的一种基于水下巡检系统的巡检装置进行说明。

需要说明的是，在本实施例中，模块中的单元或者控制器均是通过电连接实现数据通讯的，本实施例中的附图仅提供了优选的电连接方式。并且，在本实施例中，单元或者控制器需要预设类型的电能为其提供能源，本实施例中的附图仅提供了优选的供电方式。

如图3所示，所述泄漏检测模块14包括：泄漏检测单元141、检测控制器142、第一数据收发单元143以及数据存储单元144；

所述泄漏检测单元141与所述检测控制器142电连接，用于通过至少两个被动检测声呐实时收集至少两个通道的水下声波，并将所述水下声波发送至所述检测控制器142；

所述检测控制器142与所述第一数据收发单元143电相连，用于从接收的所述水下声波中分离出所述管道泄漏点的声波信号，根据至少两个通道的所述管道泄漏点的声波信号，确定所述管道泄漏点与所述巡检装置1的相对位置，并将所述管道泄漏点与所述巡检装置1的相对位置数据发送至所述第一数据收发单元143；

所述第一数据收发单元143与所述主控制器12电连接，用于将接收的所述管道泄漏点与所述巡检装置1的相对位置数据发送至所述主控制器12，进行数据验证，并将验证通过的所述管道泄漏点与所述巡检装置1的相对位置数据回传至所述检测控制器142，以使所述检测控制器142将所述验证通过的数据存储到所述数据存储单元144。

在本实施例中，通过泄漏检测单元141、检测控制器142、第一数据收发单元143以及数据存储单元144实现了对管道泄漏点的声波信号进行采集以及处理的功能。

巡检装置1在巡检作业过程当中，使用泄漏检测单元141收集周围的水下声波，利用在泄漏产生各个阶段所发出的声音存在不同间歇性的特性，检测控制器142可将环境噪音与管道泄漏点的声波分离出来，根据至少两个被动检测声呐(例如，拾音器)所在的至少两个通道信号产生的时间戳，计算出管道泄漏点与巡检装置1的相对位置，并通过can总线将管道泄漏点与巡检装置1的相对位置数据发送给主控制器12，主控制器12对管道泄漏点与巡检装置1的相对位置数据进行数据格式的验证，在数据格式验证通过后再将数据回传，通过检测控制器142记录在数据存储单元144当中。

本实施例的技术方案，提供了巡检装置中泄漏检测模块的具体结构，保证了泄漏检测单元可以及时有效的收集管道泄漏点的声波信号，实现了快速准确地定位管道泄漏点的位置的技术效果。

进一步的，所述主控制器12，还用于在将验证通过的所述管道泄漏点与所述巡检装置1的相对位置数据回传至所述检测控制器142之后，获取当前的所述巡检装置1与所述基站2的相对位置数据，将当前的所述巡检装置1与所述基站2的相对位置数据发送至所述检测控制器142，以使所述检测控制器142将当前的所述巡检装置1与所述基站2的相对位置数据存储到所述数据存储单元144。

在确定当前管道泄漏点与巡检装置1的相对位置数据后，还需要确定当前巡检装置1与基站2的相对位置数据，原因在于：巡检装置1是动态检测管道泄漏点的，仅获取管道泄漏点与巡检装置1的相对位置数据，并不能使管道管理平台在分析所有数据是，获取管道泄漏点的绝对位置，因此，需要同时记录当前巡检装置1与基站2的相对位置数据，通过两组相对位置数据，可以计算出管道泄漏点相对固定基站2的绝对位置，从而准确定位管道泄漏点的位置。

具体的，所述检测控制器142，具体用于：

实时收集水下声波，对所述水下声波进行滤波处理，得到至少一个频段的水下声波信号；

如果确定所述至少一个频段的水下声波信号中包含目标频段的水下声波信号，将包含的所述目标频段的水下声波信号作为所述管道泄漏点的声波信号。

其中，目标频段是预先采集的，与管道上泄漏点的不同泄漏程度相关的声波信号的频段，例如，在管道泄漏初期、中期和后期，管道泄漏点的声波分别在不同的三个频段，将这三个频段作为目标频段，当从经过滤波处理的水下声波中信号，识别出目标频段中的至少一个频段信号时，将所述识别出的水下声波信号作为管道泄漏点的声波信号。

由此，不仅可以识别出管道泄漏点的声波信号，还可以进一步的识别出管道泄漏点的泄漏程度，有助于在进行后续补救措施时，选择合理的补救方式。

实施例四

本发明实施例四提供了一种基于水下巡检系统的巡检装置，本实施例在上述实施例的基础上进一步说明，提供了巡检装置中定位通讯模块的具体结构，下面结合图4a对本实施例四提供的一种基于水下巡检系统的巡检装置进行说明。

与上述实施例类似的，在本实施例中，模块中的单元或者控制器均是通过电连接实现数据通讯的，本实施例中的附图仅提供了优选的电连接方式。并且，在本实施例中，单元或者控制器需要预设类型的电能为其提供能源，本实施例中的附图仅提供了优选的供电方式。

如图4a所示，所述定位通讯模块11包括：声光定位单元111、定位通讯控制器112、第二数据收发单元113以及通讯单元114；

所述声光定位单元111与所述定位通讯控制器112电连接，用于通过至少两个被动定位声呐接收所述基站2发送的所述定位声波信号，将所述定位声波信号转化为定位数字信号，将所述定位数字信号发送至所述定位通讯控制器112，以使所述定位通讯控制器根据所述定位数字信号确定所述巡检装置1与所述基站2的相对位置，并将所述巡检装置1与所述基站2的相对位置数据发送至所述第二数据收发单元113；

所述第二数据收发单元113与所述主控制器12电连接，用于接收所述巡检装置1与所述基站2的相对位置数据，将所述巡检装置1与所述基站2的相对位置数据发送至所述主控制器12，以使所述主控制器12生成所述第一动力控制指令。

在本实施例中，通过声光定位单元111、定位通讯控制以及第二数据收发单元113实现了接收定位声波信号以及确定巡检装置1与基站2的相对位置数据的功能。

所述第二数据收发单元113，还用于接收所述主控制器12发送的所述内部充电请求，并将所述内部充电请求发送至所述定位通讯控制器112，以使所述定位通讯控制器112将所述内部充电请求发送至所述通讯单元114；

所述通讯单元114与所述定位通讯控制器112电连接，用于基于所述内部充电请求，通过主动通讯声呐向所述基站2发送所述请求充电的声波信号，以使所述基站2基于接收到的所述请求充电的声波信号，向所述巡检装置1发送所述红外信号。

具体的，所述通讯单元114，具体用于：

通过两个主动通讯声呐向所述基站2发送所述请求充电的声波信号，其中，所述请求充电的声波信号包括充电使能信号和充电数据信号，所述充电使能信号，用于确定所述充电数据信号是否可用，所述充电数据信号用于向所述基站2传递请求充电的数据信息，以使所述基站2基于接收到的所述充电数据信号，向所述巡检装置1发送所述红外信号。

在本实施例中，通过第二数据收发单元113、定位通讯控制器112以及通讯单元114实现了巡检装置1向基站2发送请求充电的声波信号的功能。

所述声光定位单元111，还用于通过红外接收器接收所述基站2发送的所述红外信号，获取所述红外信号在所述红外接收器上的成像数据和所述红外信号的光强度，将所述成像数据和所述光强度发送至所述定位通讯控制器112，以使所述定位通讯控制器112根据所述成像数据确定所述巡检装置1向所述基站2的充电端口移动的移动方向，并基于所述红外信号的光强度确定所述巡检装置1与所述充电端口的相对距离，以及将所述移动方向数据和所述相对距离数据发送至所述第二数据收发单元113；

所述第二数据收发单元113，还用于接收所述移动方向数据和所述相对距离数据，并将所述移动方向数据和所述相对距离数据发送至所述主控制器12，以使所述主控制器12生成第二动力控制指令。

在本实施例中，通过声光定位单元111、定位通讯控制器112以及第二数据收发单元113实现了接收红外信号，确定巡检装置1向基站2的充电端口移动的移动方向数据，以及确定巡检装置1与充电端口的相对距离的功能。

基于声光定位单元111在本实施例中的作用，具体的，如图4b所示，声光定位单元111可以包括：被动定位声呐电路1111、红外接收电路1112、信号放大电路1113以及定位控制器1114。被动定位声呐电路1111利用至少两个被动定位声呐(例如，拾音器)接收声源信号，并对声源信号进行带通滤波，将预设频率(例如，9khz)的定位声波信号过滤出来，并发送至信号放大电路1113；红外接收电路1112将红外接收器阵列上构成的图形发送至信号放大电路1113；信号放大电路1113对收到的定位声波信号和红外图像信号进行放大后，将其提交给定位控制器1114进行处理；定位控制器1114将接收到的定位声波信号和红外图像信号进行处理后，转化成数字通讯信号，通过spi协议传输给定位通讯控制器112。

另外，红外接收电路1112还可以将红外接收器阵列收到的红外光强度信号也发送给信号放大电路1113，利用红外光强度越高，红外光敏二极管的导通效果越好的特性，对流过红外光敏二极管的电流进行分析即可得到巡检装置1与基站2的相对距离。

典型的，用于接收声源信号的被动定位声呐安装在巡检装置1的中轴线上，分别位于中轴线的首部、中部与尾部，三个被动定位声呐接收预设频率的定位声波信号。根据三角形的几何特性将三个点上采集到信号的时戳作为参数代入三角函数公式中计算后，即可得到声源与被动定位声呐之间的相对方向与距离。红外接收器阵列位于巡检装置1的充电端口上，从而保证巡检装置1和基站2的充电端口可以准确对接。

基于通讯单元114在本实施例中的作用，具体的，如图4c所示，通讯单元114可以包括：通讯控制器1141、通讯发送电路1142、通讯接收电路1143以及滤波电路1144。

通讯控制器1141用于处理接收和发送的通讯数据，主要包括将内部请求发送至通讯发送电路1142，使通讯发送电路1142根据内部请求，利用两个主动通讯声呐向基站2发送对应的声波信号，以及接收由通讯接收电路1143获取，并经滤波电路1144转化的通讯数据。

通讯发送电路1142包括a和b两个通道，每个通道上安装一个主动通讯声呐(例如，喇叭)，其中通道a用于发出预设频率的使能信号，通道b用于发出预设频率的数据信号。信号发送前先让通道a产生持续声波信号，然后通过通道b发送数据信号。数据信号以二进制编码形式传输，通道b有声波信号代表二进制的“1”，没有声波信号代表二进制的“0”，通道b以预设速率传输数据信号，当数据信号传输完成后通道a停止发出使能信号。

对应的，通讯接收电路1143也包括a和b两个通道，每个通道上安装一个被动通讯声呐(例如，拾音器)，其中通道a用于接收预设频率的使能信号，通道b用于接收预设频率的数据信号。信号接收时，通道a接收到使能信号后才开始读取通道b的信号，否则通道b的信号视为无效数据。通道b的有效数据信号接收完成后，通讯接收电路1143将接收的通道a和b声波信号转化为模拟信号，发送至滤波电路1144处理。

滤波电路1144将接收到的两路模拟量信号分别进行二阶有源滤波，将所需频率的数据信号保留，其余频率的数据信号滤除。再将数据信号通过触发电路转化成数字信号，发送至通讯控制器1141。

本实施例的技术方案，提供了巡检装置中定位通讯模块的具体结构，保证了泄漏检测模块可以及时接收基站发送的定位信号，并向基站发送请求信号，保证了巡检装置与基站之间实时有效的沟通，为巡检装置动态检测泄漏点位置以及进行能源补给提供了正确的导航基础。

实施例五

本发明实施例五提供了一种基于水下巡检系统的巡检装置，本实施例在上述实施例的基础上进一步说明，提供了巡检装置中能源控制模块的具体结构，下面结合图5a对本实施例五提供的一种基于水下巡检系统的巡检装置进行说明。

与上述实施例类似的，在本实施例中，模块中的单元或者控制器均是通过电连接实现数据通讯的，本实施例中的附图仅提供了优选的电连接方式。并且，在本实施例中，单元或者控制器需要预设类型的电能为其提供能源，本实施例中的附图仅提供了优选的供电方式。

如图5a所示，所述能源控制模块15，包括：能源监测单元151、能源控制器152、第三数据收发单元153以及能源转化单元154；

所述能源监测单元151与所述能源控制器152电连接，用于实时监测所述巡检装置1的电池组的电量，将所述巡检装置1的电池组监测结果发送至所述能源控制器152，以使所述能源控制器152对所述监测结果进行判断，当所述巡检装置1的电池组的电量低于预设电量时，向所述第三数据收发单元153发送所述内部充电请求；

所述第三数据收发单元153与所述主控制器12电连接，用于将接收的所述内部充电请求发送至所述主控制器12，以使所述主控制器12将所述内部充电请求发送至所述定位通讯模块11。

在本实施例中，通过能源监测单元151、能源控制器152以及第三数据收发单元153实现了对巡检装置1电池组的电量进行实时监测，并在电量不满足预设条件时，向主控制器12发送内部充电请求的功能。

所述第三数据收发单元153，还用于接收所述主控制器12发送的所述电磁启动指令，并将所述电磁启动指令发送至所述能源控制器152，以使所述能源控制器152将所述电磁启动指令发送至所述能源转化单元154；

所述能源转化单元154，用于根据所述电磁启动指令，对所述能源转化单元154的电磁铁通电，以使所述电磁铁和所述基站2的充电端口处的永磁铁产生相互吸引的作用力，以使所述能源控制模块15在所述作用下的作用下与所述充电端口的完成对接，并在所述能源控制模块15与所述基站2的充电端口对接完成后，向所述能源控制器152发送对接完成信息，以使所述能源控制器152将所述对接完成信息发送至所述第三数据收发单元153。

在本实施例中，通过第三数据收发单元153、能源控制器152以及能源转化单元154实现了巡检装置1与基站2的充电端口在电磁力的作用下，进行对接的功能。

所述第三数据收发单元153，还用于接收所述对接完成信息，并将所述对接完成信息发送至所述主控制器12，以使所述主控制器12生成能源转化指令，并将所述能源转化指令发送至所述第三数据收发单元153，以及还用于将所述能源转化指令发送至所述能源控制器152，以使所述能源控制器152将所述能源转化指令发送至所述能源转化单元154；

所述能源转化单元154，还用于基于所述能源转化指令，将所述基站2提供的能源转化为适用于所述巡检装置1的电能类型，并将转化后的电能输送至所述能源监测单元151，以使所述能源监测单元151对所述电池组充电。

在本实施例中，通过能源转化单元154、能源控制器152、第三数据收发单元153以及能源监测单元151实现了巡检装置1与基站2对接后，获取基站2提供的能源，并将该能源转化为巡检装置1可利用的电能类型的功能。

基于能源监测单元151在本实施例中的作用，具体的，如图5b所示，能源监测单元151可以包括：能源监测控制器1511、电池管理系统1512、降压电路1513以及能源监测收发电路1514。由能源监测控制器1511控制电池管理系统1512有规划地使用电池组内储存的能量，为巡检装置1提供正常运行所需要的预设类型的电能。当电池组内储存的电能过低，不满足预设条件时，能源监测单元151通过能源转化单元154获得电能，并由能源监测控制器1511控制电池管理系统1512对电池组充电。能源监测单元151在调度电能使用的同时，还可通过能源监测收发电路1514以及can总线与能源控制器152进行通讯，将监测结果发送至能源控制器152。

基于能源转化单元154在本实施例中的作用，具体的，如图5c所示，能源转化单元154可以包括：充电控制器1541、滤波降压电路1542、无线充电电路1543、能源转化收发电路1544。充电控制器1541通过能源转化收发电路1544从能源控制器152处获取电磁启动指令，并将电磁启动指令发送至无线充电电路1543，无线充电电路1543根据电磁启动指令，对无线充电电路1543中的电磁铁通电，使电磁铁与基站2的充电端口处的永磁铁产生相互吸引的作用力，在该作用力的驱动下，实现无线充电电路1543与基站2的充电端口的对接。当巡检装置1与基站2对接完成后，充电控制器1541会发出对接完成信息，并通过能源转化收发电路1544接收到能源控制器152通过can总线传输过来的能源转化指令，充电控制器1541通过发出控制信号启动无线充电电路1543的无线充电功能，并且通过滤波降压电路1542将传输过来的脉冲直流电转化成稳定的预设类型的直流电。

本实施例的技术方案，提供了巡检装置中能源控制模块的具体结构，保证了巡检装置在达到基站的充电端口附近时，可以利用电磁驱动力实现对接，进而进行充电，避免了利用红外信号对接造成的对接时间过长以及消耗能量过多的问题，实现了快速低能耗对接以及无线充电的功能。

实施例六

图6为实施例六提供的一种基于水下巡检系统的巡检方法的流程图，所述方法可适用于检测水下管道泄漏点的位置的情况，可以由上述任一实施例中提供的基于水下巡检系统的巡检装置来执行。

所述方法具体包括如下步骤：

步骤610、通过所述定位通讯模块接收基站发送的定位声波信号，根据所述定位声波信号确定巡检装置与所述基站的相对位置，并根据所述巡检装置与所述基站的相对位置数据发送至所述主控制器。

步骤620、通过主控制器接收所述巡检装置与所述基站的相对位置数据，根据所述巡检装置与所述基站的相对位置数据，生成第一动力控制指令，以使所述动力控制模块基于所述第一控制指令控制所述巡检装置向所述基站移动。

步骤630、通过所述泄漏检测模块在所述巡检装置移动过程中，实时收集管道泄漏点的声波信号，基于所述管道泄漏点的声波信号确定所述管道泄漏点与所述巡检装置的相对位置。

其中，所述管道泄漏点的声波信号是基于管道上泄漏点的不同泄漏程度产生的声波信号

本实施例的技术方案通过定位通讯模块接收基站发送的定位声波信号，并在根据定位声波信号确定巡检装置与基站的相对位置后，将巡检装置与基站的相对位置数据发送至主控制器，由主控制器根据巡检装置与基站的相对位置数据生成第一动力控制指令，以使动力控制模块基于第一动力控制指令控制巡检装置向基站移动，实现了巡检装置在水下沿管道向基站移动的功能，又通过泄漏检测模块在巡检装置移动过程中，实时收集管道泄漏点的声波信号，基于管道泄漏点的声波信号确定管道泄漏点与巡检装置的相对位置，实现了巡检装置在移动过程中动态检测管道泄漏点的功能。解决了现有技术通过固定在管道上的压力以及流量装置确定管道泄漏点的位置时，由于受装置安装位置以及数量的影响，不能进行灵活检测并且准确定位泄漏点的问题，实现了快速准确定位管道泄漏点的位置，减少管道传输介质损失的效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。