海底管道地理坐標(biāo)測量技術(shù)研究.pdf

1、海底管道輸送油氣時(shí)，存在內(nèi)外溫度差和壓力差，會使其有伸長的趨勢，并在大尺度內(nèi)變得很柔軟。當(dāng)受到洋流或潮汐的沖刷時(shí)，海底管道會發(fā)生漂移，并伴隨著應(yīng)力集中，從而加速其腐蝕、老化。海底管道一旦偏離設(shè)計(jì)路由，造成地理坐標(biāo)丟失，會使得對其定位、維護(hù)、維修變得困難。同時(shí)，海底管道缺陷內(nèi)檢測也只有在知道了海底管道地理坐標(biāo)的前提下才有意義。對海底管道地理坐標(biāo)進(jìn)行全管段、高頻次測量，可以及時(shí)掌握海底管道的變形、漂移情況，對其安全運(yùn)行有十分重要的意義。

2、r>　　因此，本文研究聯(lián)合采用自主式水下機(jī)器人(Autonomous Underwater Vehicles，AUV)和球形內(nèi)檢測器測量海底管道地理坐標(biāo)。主要包括:
　　(1)采用等效磁荷法分析了無縫鋼管和螺旋鋼管內(nèi)的磁場分布，研究了管道走向與管道內(nèi)磁場分布的關(guān)系及其特點(diǎn)，研究了焊縫處磁場突變產(chǎn)生的原因和特點(diǎn)，并實(shí)驗(yàn)研究了如何利用管道內(nèi)磁場測量管道走向以及識別和定位焊縫。穩(wěn)定識別的焊縫作為后續(xù)數(shù)據(jù)融合的永久參考點(diǎn)。
　　(2

3、)研究并提出了一種無需外部輔助測量手段的利用球形內(nèi)檢測器進(jìn)行海底管道三維地理坐標(biāo)測量的方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)和可行性已經(jīng)在一條30km的成品油管道上得到了證實(shí)。通過對準(zhǔn)實(shí)際的和計(jì)算的管道端點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)，來降低定位偏差。內(nèi)檢測結(jié)果可以作為一個(gè)初始值以融合其他外部測量。
　　(3)針對AUV攜帶聲吶探測海底管道時(shí)設(shè)備多、數(shù)據(jù)交換量大、任務(wù)復(fù)雜的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于Ethernet和CANBUS的AUV數(shù)據(jù)通訊及控制系統(tǒng)。既能實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)通信

4、，又能保證部分控制和反饋指令的實(shí)時(shí)通信。提出了一種通過從航跡跟隨誤差到航向修正值的直接映射來實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)函數(shù)的路徑跟隨方法，以提高AUV攜帶聲納檢測的效率。仿真表明凸映射能夠取得更好的路徑跟隨效果。AUV的測量結(jié)果可為內(nèi)檢測提供部分參考基準(zhǔn)。
　　(4)針對海底管道兩端固定且位置姿態(tài)已知的特點(diǎn)，根據(jù)特殊歐拉群SE(N)上的誤差傳播理論，建立了海底管道在隨機(jī)洋流作用下的位置漂移模型，以確定海底管道位置漂移的最大范圍，作為先驗(yàn)知識。研究了