一种海底管道定位方法技术

本发明专利技术公开了一种海底管道定位方法，包括：第一步、将海底管道正上方的水平平面作为检测平面，在该检测平面上均匀设置多个检测位置点，每个检测位置点用于布置三分量磁传感器或者磁力仪探头；第二步、采集每个三分量磁传感器所在检测位置点的三维磁通密度，以及测量海底管道当地的地磁场；第三步、根据每个检测点的三维磁通密度，计算获得每个检测位置点的磁通密度模，以及根据海底管道当地的地磁场，计算获得海底管道的约化磁通密度模；第四步、根据每个检测位置点的磁通密度模，确定海底管道的走向，以及根据海底管道的约化磁通密度模，确定海底管道轴心位置。本发明专利技术能够对海底管道的走向和位置进行检测，充分满足人们对海底管道的定位需求。

A positioning method for submarine pipelines

【技术实现步骤摘要】
一种海底管道定位方法
本专利技术涉及管道外检测
，特别是涉及一种海底管道定位方法。
技术介绍
海底油气管道长期处于复杂的服役环境中，容易因腐蚀、移位、外力撞击等发生损坏。海底管道数量,随着海洋油气资源开发的蓬勃发展,而迅速增加，破裂事故的发生概率大大增加。海底管道一旦发生泄漏，将会产生非常严重的经济损失和环境污染，所以对其进行例行检查和维修十分重要。对海底掩埋或裸露管道进行精确定位和跟踪，是实现对其精细检测、维修、加固的前提。例如，更换一段掩埋的故障海底管道时，需要在管道上方区域打桩和修筑围堰，然后将围堰内的水排出、泥土移出，使故障管段及其临近的完好管段完全露出。如果无法精确确定管道的走向和位置而盲目施工，不仅会极大增加施工成本和周期，还有可能对完好的管段造成破坏。目前，海底管道定位方法可分为视觉的、声的和磁的三大类。其中，视觉法以水下机器人AUV(有缆水下机器人)和ROV(遥控无人潜水器)为载体、搭载水下摄像机。该方法无法探测掩埋管道，并且光在水下传播距离有限，同时由于视觉法能见度很低，在一些浑浊水域，视觉法不能应用。声学法包括多波束测深仪、侧扫声纳、浅地层剖面仪等，均是通过对海底发射声波以及对回声进行信号处理，实现对管道的探测和定位。其中，多波束测深仪可以获取与航向垂直的条带式高密度水深数据，可根据深度差异大致确定管道的位置；多波束测深不能显示完全掩埋的管道的状态，需要配合浅地层剖面仪来确定上覆沉积物厚度。侧扫声纳是探测裸露的海底管道比较直观有效的方法，裸露的海底管道在声纳图像上呈强线状反射，与其他海底地物地貌较易区分。浅地层剖面仪，则专门用于探测掩埋的海底管道，其工作频率和功率随着探测深度的不同需求而被定制。当泥土比较均匀和柔软时，浅地层剖面仪探测管道的精度很高；但是当泥土中含有较多岩石等杂质时，由于散射和反射严重且复杂，浅地层剖面仪探测管道的对比度及精度将显著降低。此外，鉴于海底管道的磁导率远大于1，会在管道内外产生明显区别于背景磁场的磁分布特征。其中，管道内部的磁场与管道和地磁场的夹角、管道尺寸、磁导率等有着确定的数学关系，目前，可借助管道内检测器实现对管道走向和轨迹的测量，但是测量精度无法满足管道检修对定位精度的要求以及对管道跟踪检测需求。在利用管道外磁场定位海底管道方面，主要是测量标量磁场的异常，来大致确定管道的位置，精度太低。因此，目前迫切需要开发出一种技术，其能够对海底管道(例如输油管道)的走向和位置进行检测，对海底管道进行精确定位。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种海底管道定位方法。为此，本专利技术提供了一种海底管道定位方法，包括以下步骤：第一步、将海底管道正上方的一个水平平面作为检测平面，在该检测平面上均匀设置多个检测位置点，每个检测位置点用于布置一个三分量磁传感器或者磁力仪探头；第二步、采集每个三分量磁传感器所在检测位置点的三维磁通密度B，以及测量海底管道当地的地磁场Bb；第三步、根据每个检测点的三维磁通密度B，计算获得每个检测位置点的磁通密度模|B|，以及根据海底管道当地的地磁场Bb，计算获得海底管道的约化磁通密度模|B-Bb|；第四步、根据每个检测位置点的磁通密度模|B|，确定海底管道的走向，以及根据海底管道的约化磁通密度模|B-Bb|，确定海底管道的轴心位置。其中，在第一步中，在检测平面上布置的多个检测位置点，位于同一条直线上，并且等间隔分布，每个检测位置点上布置有一个三分量磁传感器或者磁力仪探头。其中，在第一步中，在检测平面上均匀布置N×N个的网格，N为大于0的整数，并将每个网格的格点作为一个检测位置点，或者将每个网格自身作为一个检测位置点，每个检测位置点用于布置一个三分量磁传感器或者磁力仪探头。其中，海底管道的正上方具有一个水平分布的测量平台；测量平台的顶面为水平面，且作为测量平面使用；在测量平台的顶面，具有均匀分布的多个正方形凹槽；其中一个正方形凹槽中，安装有一个磁力仪探头。其中，在第二步中，采集在预设时长内，每个三分量磁传感器在所在检测位置点获得的多个实时三维磁通密度，并求取平均值，最终获得每个检测位置点的三维磁通密度B。其中，在第二步中，为采集海底管道当地的地磁场B，具体为：移除海底管道，然后测量海底管道当地的地磁场，或者远离该海底管道预设距离，然后测量地磁场，并该测量的地磁场作为海底管道当地的地磁场B。其中，在第四步中，根据每个检测位置点的磁通密度模|B|，确定海底管道的走向，具体包括以下步骤：A1)根据每个检测位置点的磁通密度模|B|，建立磁通密度模矩阵；B1)二值化处理：搜索磁通密度模矩阵中的全局最大值Bm，将小于0.9*Bm的元素设置为1，将大于等于0.9*Bm的元素设置为0，得到逻辑矩阵；C1)建立第一测量坐标系，并判断管道走向是偏向x轴还是y轴：计算逻辑矩阵中全零的行个数n1和全零的列个数n2；若n1>n2，则判断海底管道偏向x轴，下一步将按列方向，即沿y方向对逻辑矩阵进行峰值检测；若n1≤n2，则判断管道偏向y轴，下一步将按行方向，即沿x方向对逻辑矩阵进行峰值检测；在第一测量坐标系中，x轴的方向为海底管道的轴向方向，y轴方向为测量平面内与海底管道垂直的方向，z轴方向为测量平面之外，与测量平面垂直的方向，原点在测量平面的中心；D1)峰值检测：通过抛物线拟合，求出逻辑矩阵中每行或每列的峰值坐标(xpi，ypi)；E1)线性拟合：对逻辑矩阵中每行或每列的峰值坐标(xpi，ypi)进行线性拟合，获得斜率k，然后计算获得海底管道的走向β；其中，斜率y＝k*x+b，走向β＝arctan(k)；其中，b为在y轴上的截距。其中，在第四步中，根据海底管道的约化磁通密度模|B-Bb|，确定海底管道的轴心位置，具体包括以下步骤：A2)根据每个检测位置点的约化磁通密度模|B-Bb|，建立约化磁通密度模矩阵；B2)建立第二测量坐标系，然后对约化磁通密度模矩阵，通过插值，抽取每条与x’轴平行且与y’轴垂直垂直的测线上的约化磁通密度模，即进行横向的测线提取；在第二测量坐标系中，y’轴的方向为海底管道的轴向方向，x’轴方向为测量平面内与海底管道垂直的方向，z轴方向为测量平面之外，与测量平面垂直的方向；原点在测量平面的中心；C2)峰检测：对每条与x’轴平行且与y’轴垂直垂直的测线进行寻峰，其峰位置为xi’，并求出其平均值则最终确定管道所在直线的方程为：由以上本专利技术提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本专利技术提供了一种海底管道定位方法，其能够对海底管道(例如输油管道)的走向和位置进行检测，利用管道外磁场，对海底管道进行精确定位，充分满足人们对海底管道(例如输油管道)的定位需求，具有重大的实践意义。附图说明图1是本专利技术提供的一种海底管道定位方法的整体流程图；图2为在本专利技术中，测量平台与海底管道之间的安装位置关系示意图；图3为在本专利技术中，测量平台顶部具有的测量平面上，呈网格分布的正方形凹槽的示意图；图4是本专利技术提供的一种海底管道定位方法，在具体实施例中，对正北方向走向的海底管道，进行上方磁场测量的结果示意图；图5是本专利技术提供的一种海底管道定位方法，在具体实施例中，对西北方向走向的海底管道，进行上方磁场测量的结果示意图；图6是本专利技术提供的一种海底管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海底管道定位方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、将海底管道正上方的一个水平平面作为检测平面，在该检测平面上均匀设置多个检测位置点，每个检测位置点用于布置一个三分量磁传感器或者磁力仪探头；第二步、采集每个三分量磁传感器所在检测位置点的三维磁通密度B，以及测量海底管道当地的地磁场Bb；第三步、根据每个检测点的三维磁通密度B，计算获得每个检测位置点的磁通密度模|B|，以及根据海底管道当地的地磁场Bb，计算获得海底管道的约化磁通密度模|B‑Bb|；第四步、根据每个检测位置点的磁通密度模|B|，确定海底管道的走向，以及根据海底管道的约化磁通密度模|B‑Bb|，确定海底管道的轴心位置。

【技术特征摘要】
1.一种海底管道定位方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、将海底管道正上方的一个水平平面作为检测平面，在该检测平面上均匀设置多个检测位置点，每个检测位置点用于布置一个三分量磁传感器或者磁力仪探头；第二步、采集每个三分量磁传感器所在检测位置点的三维磁通密度B，以及测量海底管道当地的地磁场Bb；第三步、根据每个检测点的三维磁通密度B，计算获得每个检测位置点的磁通密度模|B|，以及根据海底管道当地的地磁场Bb，计算获得海底管道的约化磁通密度模|B-Bb|；第四步、根据每个检测位置点的磁通密度模|B|，确定海底管道的走向，以及根据海底管道的约化磁通密度模|B-Bb|，确定海底管道的轴心位置。2.如权利要求1所述的海底管道定位方法，其特征在于，在第一步中，在检测平面上布置的多个检测位置点，位于同一条直线上，并且等间隔分布，每个检测位置点上布置有一个三分量磁传感器或者磁力仪探头。3.如权利要求1所述的海底管道定位方法，其特征在于，在第一步中，在检测平面上均匀布置N×N个的网格，N为大于0的整数，并将每个网格的格点作为一个检测位置点，或者将每个网格自身作为一个检测位置点，每个检测位置点用于布置一个三分量磁传感器或者磁力仪探头。4.如权利要求1所述的海底管道定位方法，其特征在于，海底管道(1)的正上方具有一个水平分布的测量平台(2)；测量平台(2)的顶面为水平面，且作为测量平面使用；在测量平台(2)的顶面，具有均匀分布的多个正方形凹槽；其中一个正方形凹槽中，安装有一个磁力仪探头(3)。5.如权利要求1所述的海底管道定位方法，其特征在于，在第二步中，采集在预设时长内，每个三分量磁传感器在所在检测位置点获得的多个实时三维磁通密度，并求取平均值，最终获得每个检测位置点的三维磁通密度B。6.如权利要求1所述的海底管道定位方法，其特征在于，在第二步中，为采集海底管道当地的地磁场B，具体为：移除海底管道，然后测量海底管道当地的地磁场，或者远离该海底管道预设距离，然后测量地磁场，并该测量的地磁场作为海底管道当地的地磁场B。7.如权利要求1至6中任一项所述的海底...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄新敬，陈世利，李健，封皓，吴家麟，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12