海底管缆治理可视化定位引导方法技术

一种海底管缆治理可视化定位引导方法，该方法应用的设备由水面定位部分和水下定位部分组成；实现该方法的步骤是：首先设备的安装，再引导作业船拖航至海底管缆治理海域，接着对管缆治理段路由进行侧扫声呐扫测，得到柔性护垫铺设前管缆精确的位置坐标和状态；再对水声定位系统进行安装和校准，水面定位引导系统引导作业船就位；对水下设备进行安装后进行吊装作业，完成柔性护垫铺设。该可视化定位引导方法系统定位精度高，可以实现三维可视化实时定位，柔性护垫和吊架下放过程全程跟踪和运动轨迹记录，柔性护垫和吊架水下自动脱离，具有虚拟现实场景实时显示能力；还具有直观性、安全性、高效性、可靠性、实时性、容错性等多方面优点。

Visual positioning guidance method for submarine pipeline management

【技术实现步骤摘要】
海底管缆治理可视化定位引导方法一、
本专利技术涉及的是一种海底管缆治理的可视化定位引导方法，尤其是一种用于柔性护垫铺设的海底管缆治理可视化定位引导方法。二、
技术介绍
海底管缆是海洋油气田开发的基础设施，主要功能是保证海上油田的固定采油(采气)平台的原油、天然气、水等介质及动力、通讯等电缆在平台和陆地终端处理厂及油矿区平台之间的相互传输。为确保海底管缆的安全可靠运行，保障油田正常生产，海底管缆通常要埋设于海床底下且埋设深度超过1.5米。由于受海底底层流的长年冲刷、泥沙底质流动等自然因素破坏以及渔业捕捞作业、施工作业船舶不安全抛锚就位作业、过往船舶误抛锚作业等人为破坏，造成了海底管缆出现裸露、悬空、移位、破损甚至断裂等。若海底管缆出现悬空超标、移位，会使油田生产存在很大的安全隐患；海底管缆若被船锚挂断，不仅油田要停产，经济损失巨大，油气泄漏更会造成严重的海洋和大气象环境污染。因此，必须对裸露、悬空、移位的海底管缆进行必要的治理，及时消除安全隐患，保证海底管缆安全可靠运行。海底管缆治理常用的方法有仿生草铺设、灌浆、沙袋填埋、水泥压块和柔性护垫铺设等，相对而言，柔性护垫铺设是保证海底管缆安全可靠运行比较理想的方法。在以往海底管缆治理施工中，柔性护垫铺设大多是采用浮吊船抛锚就位，潜水员水下导引、摘钩的方法。该方法存在有以下不足：一是需要潜水员水下作业，作业风险高；二是作业时效差，浮吊船抛锚就位耗时，四锚定位就需4至5小时，同时潜水作业受潮流限制，夜间不能作业；三是作业成本高，整个作业需要驳船倒装、抛锚艇抛锚以及潜水支持；四是作业程序复杂，需多部门配合作业。三、
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种作业安全可靠、定位精度高的海底管缆治理可视化定位引导方法。实现本专利技术的目的采用的技术方案是：该海底管缆治理可视化定位引导方法应用的设备由水面定位部分和水下定位部分组成。水面定位部分包括导航计算机、电罗经、光纤陀螺航姿设备(FOG)、星站差分GPS、管缆探测仪。水下定位包括水声定位系统(USBL)、前视多波束图像声呐和侧扫声呐、自动脱钩吊架；所述的水声定位系统(USBL)由水听器、水下信标和甲板处理器(HUB)组成。(1)设备的安装：水声定位系统(USBL)的水听器和侧扫声呐安装在作业船自动脱钩吊架中部，处于前后螺旋桨中间，低于船底1米以上；在自动脱钩吊架侧面和自动脱钩吊架轴线两端分别安装有前视多波束图像声呐探头，四个水下信标分别垂直安装在自动脱钩吊架的四个角上；在吊架轴线两端分别安装一个海底管缆深测仪。厘米级的星站差分GPS的天线安装在水听器安装杆顶部；电罗经、光纤陀螺航姿设备安装在甲板集装箱内；导航计算机和甲板处理器(HUB)分别安装在甲板集装箱内，与驾驶台和吊机操作室相连接。(2)引导作业船拖航：海洋工程GIS定位引导系统引导作业船拖航至海底管缆治理作业海区。(3)扫测海底管缆治理段路由：在作业船就位前，需对海底管缆治理段路由进行侧扫声呐扫测，对路由位置、管线状态进行最新扫测、校核，得到柔性护垫铺设前管缆精确的位置坐标和状态。(4)按照水声定位系统(USBL)操作使用方法和操作规程对水声定位系统(USBL)进行安装和校准。(5)引导作业船就位：扫测结束后，水面定位引导系统引导作业船就位，当位置到达就位点后，作业船启动动力定位模式，保持船位。(6)水下设备安装：扫测结束后，吊装作业前，首先将水声定位系统(USBL)的水下信标和前视多波束图像声呐探头分别安装在吊架上，打开水下信标开关；设备安装参数先期要装订到导航计算机定位软件中。(7)吊装作业：吊装作业前，对自动脱钩吊架进行气泵压力限定(小于6Mp)、自动补气、自动脱钩状态完好性检验测试；自动脱钩吊架挂好柔性护垫后，吊机司机按甲板指挥指令起吊，旋转到设定位置下放吊架入水，前视多波束图像声呐探头工作；当吊架下放高度低于水听器安装高度后，甲板GIS导航定位系统、水声定位系统(USBL)的定位软件、前视多波束图像声呐软件会同步实时跟踪显示吊架上的柔性护垫平面位置和高度；下放过程中作业船船长依据系统显示的吊架上的柔性护垫位置适时调整船位，最大限度保证下放过程吊架上的柔性护垫位置与设计位置重合。当GIS导航定位系统、水声定位系统(USBL)的定位软件显示出吊架上的柔性护垫到达设计位置后，打开自动脱钩开关，完成柔性护垫自动脱钩。然后，作业船沿柔性护垫铺设路线移船一个柔性护垫长度，进行下一块护垫铺设。(8)柔性护垫铺设位置及质量检验：当柔性护垫铺设长度及数量满足设计要求后，对柔性护垫铺设位置及质量进行扫测，若扫测图像显示柔性护垫铺设路由完全覆盖住管缆路由，即首尾不露，相邻护垫间距满足设计精度要求，铺设完毕；若铺设达不到设计要求，报请项目经理，确定是否调整和增补。所述的自动脱钩吊架上的柔性护垫下放后达不到设计位置，需要将吊架起吊上提约0.5米，对吊架位置进行精细调整，直至满足安装精度要求后，自动脱钩系统开钩释放，使柔性护垫和吊架脱离。所述的柔性护垫可视化定位引导安装时，要满足以下天气条件：风速小于12米/秒，浪高小于1米。所述的柔性护垫可视化定位引导安装时的具体要求为：柔性护垫和吊架水下自动脱离，平均故障间隔时间大于1000小时；柔性护垫的纵向安装精度为20厘米(10％柔性护垫宽)，横向精度为50厘米(10％柔性护垫长)；星站差分GPS提供的基准位置为：平面位置精度优于10厘米，高程精度优于20厘米，定向精度优于0.1度；横摇精度：0.05°，纵摇精度：0.05°；柔性护垫与海底管缆相对位置可视化。本专利技术采用的方法与现有技术相比，有以下优点：(1)设备安装使用简单可行。定位引导系统设备重量轻、体积小、携带方便，设备安装简单、快捷，无需潜水作业，缩短工期，提高工作效率。(2)系统定位精度高。系统整体技术性能及指标如下：●系统可以实现三维可视化实时定位，柔性护垫和吊架下放过程全程图文(图像和参数)跟踪和运动轨迹记录●柔性护垫和吊架水下自动脱离，无需水下潜水支持(手动摘钩)●作业船及吊臂位置图文(图像和参数)显示●具有虚拟现实场景实时显示能力●相对位置测量精度：0.10厘米●航向精度：0.1°●横摇精度：0.05°●纵摇精度：0.05°●数据更新率：10Hz(3)该方法还具有直观性、安全性、高效性、可靠性、实时性、容错性等多方面优点。四、具体实施方式下面结合实施例对本专利技术一种海底管缆治理可视化定位引导方法进行详细的说明。一种海底管缆治理可视化定位引导方法，该引导方法应用的设备由水面定位部分和水下定位部分组成。水面定位部分包括导航计算机、电罗经、光纤陀螺航姿设备(FOG)、星站差分GPS、管缆探测仪。导航计算机主机对采集到的数据进行预处理和时间同步，然后进行坐标转换，使各部分坐标统一，进行误差补偿之后利用信息融合技术将数据进行融合，并在屏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海底管缆治理可视化定位引导方法，该方法应用的设备由水面定位部分和水下定位部分组成。水面定位部分包括导航计算机、电罗经、光纤陀螺航姿设备(FOG)、星站差分GPS、管缆探测仪。水下定位包括水声定位系统(USBL)、前视多波束图像声呐和侧扫声呐、自动脱钩吊架；所述的水声定位系统(USBL)由水听器、水下信标和甲板处理器(HUB)组成。其特征在于：该可视化定位引导方法的具体步骤是：/n(1)设备的安装：水声定位系统(USBL)的水听器和侧扫声呐安装在作业船自动脱钩吊架中部，处于前后螺旋桨中间，低于船底1米以上；在自动脱钩吊架侧面和自动脱钩吊架轴线两端分别安装有前视多波束图像声呐探头，四个水下信标分别垂直安装在自动脱钩吊架的四个角上；在吊架轴线两端分别安装一个海底管缆深测仪。厘米级的星站差分GPS的天线安装在水听器安装杆顶部；电罗经、光纤陀螺航姿设备安装在甲板集装箱内；导航计算机和甲板处理器(HUB)分别安装在甲板集装箱内，与驾驶台和吊机操作室相连接。/n(2)引导作业船拖航：海洋工程GIS定位引导系统引导作业船拖航至海底管缆治理作业海区。/n(3)扫测海底管缆治理段路由：在作业船就位前，需对海底管缆治理段路由进行侧扫声呐扫测，对路由位置、管线状态进行最新扫测、校核，得到柔性护垫铺设前管缆精确的位置坐标和状态。/n(4)按照水声定位系统(USBL)操作使用方法和操作规程对水声定位系统(USBL)进行安装和校准。/n(5)引导作业船就位：扫测结束后，水面定位引导系统引导作业船就位，当位置到达就位点后，作业船启动动力定位模式，保持船位。/n(6)水下设备安装：扫测结束后，吊装作业前，首先将水声定位系统(USBL)的水下信标和前视多波束图像声呐探头分别安装在吊架上，打开水下信标开关；设备安装参数先期要装订到导航计算机定位软件中。/n(7)吊装作业：吊装作业前，对自动脱钩吊架进行气泵压力限定(小于6Mp)、自动补气、自动脱钩状态完好性检验测试；自动脱钩吊架挂好柔性护垫后，吊机司机按甲板指挥指令起吊，旋转到设定位置下放吊架入水，前视多波束图像声呐探头工作；当吊架下放高度低于水听器安装高度后，甲板GIS导航定位系统、水声定位系统(USBL)的定位软件、前视多波束图像声呐软件会同步实时跟踪显示吊架上的柔性护垫平面位置和高度；下放过程中作业船船长依据系统显示的吊架上的柔性护垫位置适时调整船位，最大限度保证下放过程吊架上的柔性护垫位置与设计位置重合。当GIS导航定位系统、水声定位系统(USBL)的定位软件显示出吊架上的柔性护垫到达设计位置后，打开自动脱钩开关，完成柔性护垫自动脱钩。然后，作业船(DP动力定位)沿柔性护垫铺设路线移船一个柔性护垫长度，进行下一块护垫铺设。/n(8)柔性护垫铺设位置及质量检验：当柔性护垫铺设长度及数量满足设计要求后，对柔性护垫铺设位置及质量进行扫测，若扫测图像显示柔性护垫铺设路由完全覆盖住管缆路由，即首尾不露，相邻护垫间距满足设计精度要求，铺设完毕；若铺设达不到设计要求，报请项目经理，确定是否调整和增补。/n...

【技术特征摘要】
1.一种海底管缆治理可视化定位引导方法，该方法应用的设备由水面定位部分和水下定位部分组成。水面定位部分包括导航计算机、电罗经、光纤陀螺航姿设备(FOG)、星站差分GPS、管缆探测仪。水下定位包括水声定位系统(USBL)、前视多波束图像声呐和侧扫声呐、自动脱钩吊架；所述的水声定位系统(USBL)由水听器、水下信标和甲板处理器(HUB)组成。其特征在于：该可视化定位引导方法的具体步骤是：
(1)设备的安装：水声定位系统(USBL)的水听器和侧扫声呐安装在作业船自动脱钩吊架中部，处于前后螺旋桨中间，低于船底1米以上；在自动脱钩吊架侧面和自动脱钩吊架轴线两端分别安装有前视多波束图像声呐探头，四个水下信标分别垂直安装在自动脱钩吊架的四个角上；在吊架轴线两端分别安装一个海底管缆深测仪。厘米级的星站差分GPS的天线安装在水听器安装杆顶部；电罗经、光纤陀螺航姿设备安装在甲板集装箱内；导航计算机和甲板处理器(HUB)分别安装在甲板集装箱内，与驾驶台和吊机操作室相连接。
(2)引导作业船拖航：海洋工程GIS定位引导系统引导作业船拖航至海底管缆治理作业海区。
(3)扫测海底管缆治理段路由：在作业船就位前，需对海底管缆治理段路由进行侧扫声呐扫测，对路由位置、管线状态进行最新扫测、校核，得到柔性护垫铺设前管缆精确的位置坐标和状态。
(4)按照水声定位系统(USBL)操作使用方法和操作规程对水声定位系统(USBL)进行安装和校准。
(5)引导作业船就位：扫测结束后，水面定位引导系统引导作业船就位，当位置到达就位点后，作业船启动动力定位模式，保持船位。
(6)水下设备安装：扫测结束后，吊装作业前，首先将水声定位系统(USBL)的水下信标和前视多波束图像声呐探头分别安装在吊架上，打开水下信标开关；设备安装参数先期要装订到导航计算机定位软件中。
(7)吊装作业：吊装作业前，对自动脱钩吊架进行气泵压力限定(小于6Mp)、自动补气、自动脱钩状态完好性检验测试；自动脱钩吊架挂好柔性护垫后，吊机司机按甲板指挥指令起吊，旋转到设定位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙学睿，倪剑，佟强，霍庚，徐海波，
申请(专利权)人：葫芦岛市海陆测绘有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21