BR112020000375A2 - sistemas e métodos ópticos de posicionamento embaixo d'água - Google Patents

sistemas e métodos ópticos de posicionamento embaixo d'água Download PDF

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Abstract

A presente invenção refere-se a sistemas e métodos para posicionar objetos em ambientes subaquáticos. A geolocalização de um alvo para um objeto é determinada, e uma fonte de luz, proporcionada como parte de um sistema de posicionamento, é operada para projetar um alvo visível nessa localização. A determinação da localização-alvo relativa ao sistema de posicionamento pode incluir determinar uma localização do sistema de posicionamento usando as informações obtidas de um sistema de laser incluído no sistema de posicionamento. A fonte de luz, usada para projetar o alvo visível, pode ser a mesma fonte de luz incluída no sistema de laser. Uma localização de um objeto relativa ao local-alvo pode ser rastreada pelo sistema de laser na medida em que o objeto está sendo movimentado na direção do local-alvo. Os métodos e sistemas descritos utilizam um ou mais sistemas ópticos submarinos sem toque, incluindo, mas não limitado a, sistemas de laser, para instalação de infraestrutura subaquática, medidas e monitoramento.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMAS E MÉTODOS ÓPTICOS DE POSICIONAMENTO EMBAIXO D'ÁGUA".
REMISSÃO RECÍPROCA A PEDIDOS DE PATENTES RELACIONADOS
[0001] Este pedido de patente reivindica o benefício do pedido de patente provisório U.S. de nº de série 62/530.747, depositado em 10 de julho de 2017, cuja descrição integral é incorporada por referência no presente relatório descritivo.
CAMPO
[0002] A presente invenção refere-se a métodos e sistemas para determinar e facilitar o posicionamento de objetos em baixo d'água.
ANTECEDENTES
[0003] A instalação de equipamentos embaixo d'água, tais como cabeças de poços, derivações múltiplas, tubos ascendentes, âncoras, Terminações de Pontas de Tubulações (PLETS), Preventores de Erupção (BOPs), sistemas submarinos de produção, pontos de contato, estacas de sucção, amarras, juntas de escorregamento, mantas de concreto e tubulações, no fundo do mar pode ser difícil, e a instalação inadequada é cara em muitas frentes. Frequentemente, equipamento embaixo d'água é instalado usando embarcações de superfícies especiais equipadas com veículos operados remotamente (ROVs) e guindastes. O operador é frequentemente fisicamente removido da área de instalação efetiva, resultando em uma perda de percepção espacial. Em virtude das dificuldades inerentes ao posicionamento de equipamentos em um ambiente embaixo d'água, a localização desses equipamentos, com níveis desejados de precisão, é difícil. Além disso, particularmente quando os equipamentos estão sendo instalados em um campo contendo outros equipamentos ou que estão sendo posicionados para conexão a equipamentos já no local, há um risco de dano devido às colisões.
[0004] As técnicas atuais de instalação envolvem o uso de uma baliza acústica, que é montada no objeto ou estrutura a ser instalado juntamente com uma disposição em linha de base ultracurta (USBL) ou de linha de base longa (LBL), frequentemente auxiliada por navegação inercial, para proporcionar informações de localização a um operador de guindaste na superfície. As informações de localização (posição e direção X, Y, Z) são transmitidas à superfície por um método de comunicação acústica diretamente à embarcação na superfície ou por meio de veículo embaixo d'água. O operador é dotado com um visor de dados, por exemplo, na forma de informações de amplitude e posição, relativas à localização dos equipamentos. No entanto, as informações de localização são muito grosseiras (medidas em metros ou pés) e a realimentação é lenta devido ao enlace acústico.
[0005] Uma vez que o objeto esteja situado dentro da amplitude visual de boias de marcadores físicos ou uma caixa de limite físico no fundo do mar, a operação de localização muda para localização visual. As boias de marcadores físicos são posicionadas usando a mesma disposição acústica de USBL ou LBL. O operador usa vídeo remoto para determinar o posicionamento dos equipamentos durante a instalação final. A questão inerente com o vídeo é apenas de proporcionar informações em duas dimensões (2-D). Além disso, os sistemas de vídeo podem ficar comprometidos ou ainda deixados inúteis por condições de águas turvas. Além disso, mesmo os sistemas de vídeo relativamente sofisticados podem sofrer de campos de visão limitados, perspectivas artificiais, distorção, limitações de iluminação e profundidade de campo limitada. Também, os sistemas existentes têm apresentado apenas uma capacidade limitada para proporcionar informações de localização absolutas, ou informações de localização relativas a estruturas posicionadas.
[0006] Além disso, as informações não são facilmente traduzidas em uma localização exata dentro de uma área apresentada em imagens do meio embaixo d'água. Uma técnica alternativa usa um ROV para rastrear a estrutura usando câmeras de vídeo à medida em que está sendo abaixada. No entanto, isso proporciona informações de alinhamento e posicionamento muito grosseiras relativas à estrutura, e a posição da estrutura, que está sendo posicionada relativamente a outras estruturas, é de difícil determinação.
[0007] Em algumas situações, é difícil usar mergulhadores ou operadores em veículos submersíveis para a instalação de equipamentos. No entanto, mesmo quando um operador tem uma linha de visão direta durante o processo de instalação, o que ele vê da cena pode ser obstruído ou obscurecido. Além disso, os dados de localização absolutos e relativos disponíveis para os operadores, usando as técnicas anteriores, se mantêm limitados.
[0008] Consequentemente, é desejável proporcionar sistemas e métodos que proporcionem informações precisas e úteis para auxiliar os operadores ou os sistemas automatizados no posicionamento de equipamentos em ambientes embaixo d'água.
SUMÁRIO
[0009] A presente invenção proporciona dispositivos, sistemas e métodos para uso no posicionamento de equipamentos, veículos ou outros objetos em ambientes embaixo d'água. Os sistemas de posicionamento, de acordo com as concretizações da presente invenção, podem incluir um ou mais sistemas de metrologia ou monitoramento, e um ou mais sistemas de projeção. De acordo com pelo menos algumas concretizações da presente invenção, o sistema de posicionamento pode incluir um sistema de monitoramento e projeção integrado. Em operação, um componente do sistema de monitoramento do sistema de posicionamento determina um local-alvo para um objeto, e um componente do sistema de projeção do sistema de posicionamento projeta um alvo visível para uso no posicionamento do objeto.
[0010] De acordo com as concretizações da presente invenção, um sistema de monitoramento, incluído em um sistema de posicionamento, pode compreender um sistema ou sensor de metrologia baseado em luz, ativo. De acordo com pelo menos algumas concretizações da presente invenção, um sistema de monitoramento inclui um dispositivo de monitoramento de sistema de detecção e alcance de luz (a seguir "lidar"). Nessas concretizações, o dispositivo lidar pode ser na forma de um lidar de varredura, um lidar de clarão, um lidar de laser pulsado, um lidar de detecção de fase de onda contínua de amplitude modulada (AMCV), um lidar de AMCV chalreado, um lidar de onda contínua de frequência e amplitude moduladas (FMCW), lidar de FMCW real, código de modulação de pulso ou outro sistema de lidar. Além do mais, o sistema de lidar pode incorporar uma fonte de luz de laser de onda contínua pulsada ou modulada. Outras concretizações podem incluir um sistema de monitoramento, que incorpora um dispositivo de triangulação a laser, estereofotométrico, de visão estereoscópica, de luz estruturada, de fotoclinometria, de estereofotoclinometria, holográfico, holográfico digital ou outro que use luz para detectar um espaço tridimensional (3-D). O sistema de monitoramento é colocado nas vizinhanças do objeto que está sendo posicionado. De acordo com as concretizações da presente invenção, múltiplas peças de equipamentos ou outros objetos podem ser monitorados simultaneamente por um único sistema de monitoramento. De acordo com outras concretizações da presente invenção, são usados múltiplos sistemas de monitoramento em combinação para monitorar uma ou mais peças de equipamentos submarinos.
[0011] Um sistema de projeção, incluído em um sistema de posicionamento de acordo com as concretizações da presente invenção, inclui uma fonte de luz e um dispositivo apontador ou de varredura. De acordo com pelo menos algumas concretizações da presente invenção, o sistema de monitoramento é integrado com o sistema de projeção. Alternativamente, o sistema de projeção pode ser proporcionado separadamente do sistema de monitoramento. Se integrado com o sistema de monitoramento ou proporcionado separadamente dele, o sistema de projeção pode receber informações de localização do sistema de monitoramento, que são aplicadas pelo dados não duplicados para projetar um alvo visível em um local desejado. De acordo com mais outras concretizações, o alvo visível pode ser proporcionado em várias formas. Além do mais, o alvo visível pode compreender ou ser suplementado com vários caracteres, incluindo linhas do alvo, escalas, amplitude, profundidade, coordenadas, tempo, avisos de proximidade ou assemelhados.
[0012] Os métodos de acordo com as concretizações da presente invenção incluem a determinação de um local-alvo desejado para um objeto. Isso pode incluir a geolocalização do local desejado dentro de um quadro de referência absoluto, ou a determinação do local-alvo relativo a outros objetos ou itens embaixo d'água. Um alvo visível é então projetado para demarcar o local-alvo para um operador. De acordo com pelo menos algumas concretizações da presente invenção, o alvo visível pode ser projetado considerando um ponto de vista do operador ou de uma câmera usada para proporcionar uma vista da cena a um operador, que está localizado remotamente. De acordo com mais outras concretizações, a projeção pode ser atualizada continuamente, por exemplo, para corresponder ao movimento no ponto de vista do operador, ou auxiliar o operador a evitar o contato entre o objeto sendo posicionado e as estruturas embaixo d'água, enquanto o objeto está sendo movimentado na direção do seu local-alvo.
[0013] Em operação para medidas de instalação, o sistema de posicionamento é colocado o sistema de posicionamento é colocado no fundo do mar, nas vizinhanças da estrutura a ser instalada. O sistema de posicionamento é depois geolocalizado. A geolocalização embaixo d'água é feita, tipicamente, com balizas acústicas ou com um Sistema de Navegação Inercial (INS). O sistema de posicionamento pode ser depois operado para projetar um alvo visível, tal como um alvo de caixa ou modelo, no fundo do mar ou em um objeto selecionado. De acordo com concretizações da presente invenção, a localização do alvo projetado é uma geolocalização predeterminada. Além do mais, o alvo projetado pode ter uma orientação predeterminada. De acordo com outras concretizações da presente invenção, a localização do alvo projetado é selecionada por um usuário, com uma posição e uma direção relativas à geolocalização do dispositivo de monitoramento. Além disso, o local-alvo do objeto a ser colocado ou instalado pode ser determinado com referência aos marcos naturais geolocalizados ou outras referências geolocalizadas. De acordo com pelo menos algumas concretizações da presente invenção, o alvo projetado é uma caixa de alvo demarcando uma área na qual um objeto vai ser colocado.
[0014] As vantagens das concretizações da presente invenção em relação aos sistemas e métodos convencionais, para posicionar objetos em ambientes embaixo d'água, incluem informações de localização de alta precisão de um sistema ágil, flexível, sem requerer a instalação de marcadores físicos. Além disso, as concretizações da presente invenção podem proporcionar um marcador de fácil percepção para facilitar a localização precisa dos objetos em ambientes embaixo d'água. Os métodos e os dispositivos descritos aumentam a precisão e a eficiência da capacidade de instalação e monitoramento, durante instalação, perfuração e construção geral.
[0015] Aspectos e vantagens adicionais das concretizações da presente invenção vão ficar mais facilmente evidentes da descrição apresentada a seguir, particularmente quando considerada conjuntamente com os desenhos em anexo.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0016] A Figura 1 ilustra um exemplo de um ambiente embaixo d'água no qual sistemas e métodos, de acordo com as concretizações da presente invenção, podem ser empregados.
[0017] A Figura 2 ilustra objetos sendo posicionados em um ambiente embaixo d'água com o auxílio de um sistema de posicionamento, de acordo com as concretizações da presente invenção.
[0018] A Figura 3 ilustra um sistema de posicionamento de acordo com as concretizações da presente invenção.
[0019] As Figuras 4A e 4B são diagramas de blocos mostrando os componentes funcionais de sistemas de posicionamento, de acordo com as concretizações da presente invenção.
[0020] A Figura 5 é um diagrama de blocos de uma estação de monitoramento e controle, de acordo com as concretizações da presente invenção.
[0021] A Figura 6 ilustra uma interface de usuário, apresentada em conjunto com a operação de um sistema de acordo com as concretizações da presente invenção.
[0022] A Figura 7 ilustra um cenário submarino incluindo o monitoramento de um local de um objeto e a projeção de um alvo visível por um sistema de posicionamento de acordo com as concretizações da presente invenção.
[0023] A Figura 8 ilustra um cenário submarino incluindo o monitoramento de locais de múltiplos e a projeção de alvos visíveis por múltiplos sistemas de posicionamento de acordo com as concretizações da presente invenção.
[0024] A Figura 9 é um fluxograma mostrando aspectos de um processo para posicionar um objeto em um local-alvo embaixo d'água, de acordo com as concretizações da presente invenção.
[0025] A Figura 10 ilustra um cenário submarino incluindo o monitoramento de um local de um objeto e a projeção de um alvo visível por um sistema de posicionamento de acordo com outras concretizações da presente invenção.
[0026] A Figura 11 é um fluxograma mostrando aspectos de um processo para posicionar um objeto em um local-alvo embaixo d'água, de acordo com outras concretizações da presente invenção.
[0027] A Figura 12 ilustra um cenário submarino incluindo o monitoramento de um local de um objeto e a projeção de um alvo visível por um sistema de posicionamento de acordo com outras concretizações da presente invenção.
[0028] A Figura 13 é um fluxograma mostrando aspectos de um processo para posicionar um objeto em um local-alvo embaixo d'água, de acordo com outras concretizações da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0029] As concretizações da presente invenção proporcionam sistemas e métodos que podem ser usados em conjunto com a localização de objetos em ambientes embaixo d'água. A Figura 1 ilustra um sistema de perfuração e produção 100, que é um exemplo de um ambiente no qual as concretizações da presente invenção podem ser empregadas. O sistema de perfuração e produção 100 pode incluir vários componentes superficiais e submarinos ou submersos. Como exemplos, e sem limitação, esses podem incluir plataformas de processamento 104, plataformas autoelevatórias 108, plataformas flutuantes 112, embarcações para disposição de tubos 116, tubulações 120, tubos ascendentes 124, derivações múltiplas 128, poços 130, pontos de contato 135, âncoras ou estacas de sucção 136, amarras 137,
juntas de escorregamento 138 e preventores de erupção 132. Como vão entender aqueles versados na técnica, os vários componentes do sistema 100 precisam frequentemente ser posicionados com um alto nível de precisão, para permitir que as funções tencionadas sejam executadas, para conexão operacional a outros componentes, e/ou evitar interferir com a operação de outros componentes submersos.
[0030] A Figura 2 ilustra um ambiente embaixo d'água, no qual um sistema de posicionamento 200, de acordo com as concretizações da presente invenção, pode ser empregado para auxiliar em colocar um objeto em um local-alvo 202. Em particular, um ou mais sistemas de posicionamento 200 são ilustrados, montados em ou associados com uma plataforma 224, ou conduzidos por um veículo submersível 216. Os sistemas de posicionamento 200 operam para determinar um local- alvo 202 de um objeto 208 e projetar uma imagem ou caracteres-alvo 204 para auxiliar no posicionamento do objeto 208, em um local-alvo 202 correspondente. Como descrito em mais detalhes em qualquer outro lugar no presente relatório descritivo, o local ou a área no qual o alvo visível 204 é projetado pode ser determinado por um sistema de metrologia ou monitoramento baseado em luz, ativo, tal como um sistema a laser. Além do mais, em pelo menos algumas concretizações da presente invenção, a fonte de luz, usada por um sistema de monitoramento, é também usada para gerar o alvo projetado 204. No exemplo da Figura 2, o ambiente embaixo d'água inclui componentes de um sistema de perfuração e produção como ilustrado na Figura 1, embora, as concretizações da presente invenção possam ser aplicadas a qualquer ambiente ou sistema embaixo d'água.
[0031] Como mostrado nesse exemplo, os objetos 208 podem ser posicionados usando vários equipamentos de localização 210. Por exemplo, um primeiro objeto 208a é mostrado sendo colocado em posição por um guindaste 212, um segundo objeto 208b é mostrado sendo colocado em posição por um veículo submersível 216, e um terceiro objeto 208c é mostrado sendo colocado em posição por um mergulhador 220. Em cada um dos exemplos, um ou mais sistemas de posicionamento 200a - c são usados para determinar o local-alvo para um objeto particular 208, e projetar os caracteres-alvo 204a - c, que servem como um auxiliar visual para um operador na localização de um objeto 208a no local-alvo 202a - c. A imagem ou os caracteres-alvo projetados 204 são visíveis para o operador do equipamento de localização 210, por exemplo, por meio de um sistema de vídeo, ou por meio de uma linha de visão direta entre o operador e o local-alvo 202. Consequentemente, o sistema de posicionamento 200 pode operar para auxiliar ativamente o posicionamento de objetos 208 em um ambiente submarino. O sistema de posicionamento 200 pode ser também usado para auxiliar no posicionamento de um objeto 208 em uma estrutura estacionária, ou em conjunto com a atracação de um veículo submerso 216, ou um objeto 208 com outro veículo submerso 216 ou o objeto 208. De acordo as concretizações da presente invenção, posições-alvo 222, marcos naturais geolocalizados 226 ou outros pontos de referência podem ser incluídos no cenário, e podem proporcionar informações de localização adicionais para o sistema de posicionamento 200.
[0032] Um sistema de posicionamento 200, de acordo com as concretizações da presente invenção, é posicionado nas vizinhanças de um local-alvo 202 para um objeto. O sistema de posicionamento 200 pode ser montado em uma plataforma ou estrutura estacionária 224. Como vão entender aqueles versados na técnica, um sistema de posicionamento 200, montado em uma plataforma ou estrutura estacionária 224, tem um campo de observação cônico inerente. Por incorporação de uma cabeça giratória e de inclinação no sistema de posicionamento 200, o campo de observação pode ser aumentado a um 360º completo, ou mesmo por um campo de observação hemisférico.
Como podem ainda entender aqueles versados na técnica após consideração da presente invenção, um sistema de posicionamento 200 pode ser montado em uma plataforma ou veículo móvel 216, diretamente ou por meio de uma cabeça giratória e de inclinação. Como exemplos, mas sem limitação, uma plataforma ou veículo móvel 216 pode incluir um quadro ou gaiola, que é movimentado por um guindaste, ou um veículo, tal como por, mas não limitado a, um veículo subaquático autônomo (AUV), um veículo operador remotamente (ROV), um veículo submersível ou assemelhados. Além do mais, uma plataforma ou veículo móvel 216 pode ser mantido estacionário, por exemplo, por aterramento da plataforma ou veículo 216 no fundo do mar ou em outra estrutura, por fixação em uma estrutura, ou por retenção dele em um modo flutuante, enquanto o sistema de posicionamento 200 está em operação. Como discutido em mais detalhes em qualquer outro lugar no presente relatório descritivo, um componente do sistema de monitoramento do sistema de posicionamento 200 pode ser operado para varrer toda uma ou partes de uma cena subaquática para determinar as informações de localização, e um componente do sistema de projeção do sistema de posicionamento 200 pode ser operado para projetar os caracteres-alvo 204.
[0033] De acordo com as concretizações da presente invenção, alvo tridimensionais 240 e/ou bidimensionais 244 podem ser fixados em vários objetos no ambiente embaixo d'água, tais como componentes de um sistema de perfuração e produção 100, por exemplo, tubulações 120, tubos ascendentes 124, derivações múltiplas 128, poços 130, pontos de contato 135, âncoras, estacas de sucção, estacas de pino, preventores de erupção 132, ou outras estruturas, posições-alvo 222, marcos naturais estacionários 226, plataformas estacionárias 224, plataformas ou veículos móveis 216 ou qualquer outro objeto subaquático. Como discutido em mais detalhes em qualquer outro lugar no presente relatório descritivo, esses alvos 240, 244 são projetados especificamente para proporcionar pontos de controle dentro de uma imagem ou dentro de uma nuvem de dados de pontos tridimensionais produzidos pelo componente do sistema de monitoramento de um sistema de posicionamento 200. A inclusão de alvos 240, 244 pode facilitar a determinação precisa de um local-alvo dentro de um ambiente embaixo d'água.
[0034] A Figura 3 ilustra um sistema de posicionamento 200, montado em uma estrutura de suporte 224, de acordo com pelo menos algumas concretizações da presente invenção. O sistema de posicionamento 200 inclui, geralmente, um sistema de monitoramento
304. O sistema de monitoramento 304 pode compreender sistemas à base de luz, ativos, tal como um ou mais dispositivos de lidar 308. No exemplo ilustrado, o sistema de posicionamento 200 inclui dois dispositivos de lidar 308, cada um dos quais é associado com uma cabeça giratória e de inclinação 312, que pode ser operada para apontar o dispositivo de lidar associado 308 ao longo de uma linha de visão selecionada. Alternativa ou adicionalmente a um dispositivo de lidar 308, o sistema de posicionamento 200 pode incluir outros sistemas ópticos de metrologia. A estrutura de suporte 224 pode compreender um quadro 316, que é, por sua vez, montado em uma almofada estacionária, uma manta de lama, outra estrutura no fundo do mar, ou colocado diretamente no fundo do mar. O quadro 316 pode ser projetado para ser abaixado por um guindaste da embarcação ou sonda superficial, ou pode ser projetado para ser disposto por meio de um ROV. O quadro 316 pode ser abaixado usando um elevador de guindaste 320. O elevador 320 pode ser conectado ao restante do quadro 316 por uma articulação de modo que seja abaixado após disposição. Isso permite que o elevador 320 saia do campo de visão dos dispositivos de lidar 308. O quadro 316 também pode incluir cabos manipuladores de ROVs 324 para facilitar o posicionamento do quadro 316 por uso de um ROV ou AUV. Por exemplo, o quadro 316 pode ser colocado em um marco natural 226 ou em outra estrutura. O fundo do quadro 316 pode ter um pino ou receptáculo, de modo que possa ser abaixado em um receptáculo ou pino associado em uma estrutura para propiciar localização e alinhamento precisos. De acordo com outras concretizações da presente invenção, o quadro 316 pode ser conduzido por um veículo, tal como um ROV. De acordo com mais outras concretizações da presente invenção, um sistema de posicionamento 200 pode ser montado em um veículo por meio de uma cabeça giratória e de inclinação, ou pode ser montado diretamente em um veículo.
[0035] Em pelo menos algumas concretizações da presente invenção, o próprio sistema de posicionamento 200 pode compreender um sistema submarino com uma plataforma com várias funções selecionáveis. Nas concretizações nas quais o sistema de posicionamento 200 inclui uma estrutura ou um quadro de suporte 316, que retém múltiplos dispositivos de lidar 308, os dispositivos de lidar 308 podem ser localizados precisamente na única estrutura de modo a criar uma única nuvem de pontos de referência. Por montagem dos dispositivos de lidar 308 em cabeças giratórias e de inclinação 312, eles podem proporcionar uma cobertura hemisférica. As câmeras e luzes 328 podem ser montadas na estrutura de suporte 316 ou nas cabeças giratórias e de inclinação 312 para permitir a obtenção de dados visuais juntamente com os dados de lidar. Um conector emissor 332 pode ser incluído para permitir que o sistema de posicionamento 200 seja conectado à infraestrutura local para energia e/ou comunicações. O sistema de posicionamento 200 pode incluir ainda um ou mais sensores pontuais não ópticos, tal como um dispositivo de condutividade, temperatura e profundidade (CTD) 336. Alternativa ou adicionalmente, baterias e um sistema de controle de energia 340 podem ser incluídas,
o que permite a disposição autônoma de longa prazo. O sistema de posicionamento 200 também pode proporcionar capacidades adicionais incluindo, mas não limitadas a, armazenamento e recuperação de dados, sensores de vibração, sensores de turbidez, vários sensores químicos e dispositivos de comunicação. Os dispositivos de comunicação podem incluir dispositivos de RF, ópticos ou acústicos. Os dispositivos de comunicação podem se comunicar com ROVs, AUVs, veículos residentes, outras estruturas inteligentes no campo, ou sistemas na superfície. De acordo com mais outras concretizações, o sistema de posicionamento 200 pode proporcionar sinais de sincronização (se necessários) entre os múltiplos sensores para sincronizar no tempo a coleta de dados de múltiplos sensores, tais como de múltiplos dispositivos de lidar 208, câmeras 328, CTD 336, sonares, INU e outros dispositivos. Um único sistema de posicionamento 200 pode proporcionar energia, armazenamento de dados e comunicações para outros sistemas de posicionamento 200 ou dispositivos de lidar 308, para suportar múltiplos pontos de visão de monitoramento dentro de um ambiente embaixo d'água.
[0036] Um transceptor acústico 344 pode ser incluído, o que permite que o sistema de posicionamento 200 seja localizado geoespacialmente por uso de um sistema de posicionamento acústico. Esse pode incluir sistemas de posicionamento acústicos de linha de base ultracurta (USBL), de linha de base curta (LBL) ou outros. Os alvos bidimensionais 244 podem ser montados no quadro 316 ou em outros componentes do sistema de posicionamento, e os alvos tridimensionais 240 podem ser montados no quadro 316 ou em outros componentes do sistema de posicionamento 200, para facilitar a localização do sistema de posicionamento 200 dentro de um campo.
[0037] As Figuras 4A e 4B são diagramas de blocos ilustrando os componentes de um sistema de posicionamento 200, que podem ficar contidos dentro de um recipiente de pressão embaixo d'água 402 ou localizados conjuntamente de acordo com as concretizações da presente invenção.
A Figura 4A é diferente da Figura 4B pelo fato de que esta inclui um sistema de projeção 406 separado para gerar um alvo projetado 204. Como os outros componentes dos sistemas de posicionamento 200 ilustrados são geralmente os mesmos, a presente descrição vai se aplicar a ambas as Figuras 4A e 4B, exceto quando mencionado de outra forma.
O sistema de posicionamento 200 inclui um dispositivo de lidar 308 ou outro sistema de monitoramento ou metrologia, tal como, mas não limitado a, um sistema óptico de metrologia.
Como vão entender aqueles versados na técnica, um dispositivo de lidar 308 é um sistema óptico ativo, que opera por transmissão de luz na direção de um alvo, recebendo luz refletida do alvo, e determinando a distância para o alvo com base no tempo das informações de voo determinadas do período de tempo decorrido entre a transmissão de luz da fonte de luz e o tempo no qual a luz refletida ou o sinal de retorno é recebido em um receptor.
Como usado no presente relatório descritivo, um alvo pode incluir uma área ou uma característica no fundo do mar, um objeto 208, ou qualquer outra estrutura ou característica, incluindo estruturas artificiais e características ou estruturas naturais, alvos tridimensionais 240 montados em uma estrutura subaquática ou colocados no fundo do mar, e alvos bidimensionais 244 aplicados em uma estrutura subaquática ou colocados no fundo do mar.
Além disso, o local de um ponto no alvo, do qual luz é refletida, pode ser localizado relativo ao dispositivo de lidar 308 no espaço tridimensional por combinação das informações de distância com as informações conhecidas e azimute e elevação por meio da localização de um escâner (por exemplo, como um ângulo de azimute e um ângulo de elevação) para varrer os dispositivos de lidar 308, a localização dos pixels para os dispositivos de lidar de pixels múltiplos 308, ou uma combinação dos dois. A quarta dimensão, tempo, é também registrada de modo que medidas e características possam ser comparados entre elas com o passar do tempo.
[0038] Como vão entender aqueles versados na técnica após considerar a presente invenção, o dispositivo de lidar 308 permite que o sistema de posicionamento 200 determine as localizações relativas ao sistema de posicionamento 200, ou relativas aos objetos dentro do campo de observação do dispositivo de lidar 308, ou que tenham, diferentemente, uma localização relativa conhecida. Além do mais, quando um alvo de referência 240, 244, um marco natural 226 ou outro objeto dentro do campo de observação do dispositivo de lidar 308, ou tendo uma localização conhecida relativa ao sistema de posicionamento 200, tem uma localização absoluta conhecida, o dispositivo de lidar 308 pode determinar a localização absoluta do próprio sistema de posicionamento 200 e dos objetos 208 dentro do campo de observação do sistema de posicionamento 200. Alternativa ou adicionalmente, um sistema de navegação, tal como uma Unidade de Navegação Inercial (INU) 403, pode ser usado para proporcionar informações relativas à localização do sistema de posicionamento 200, e, por sua vez, dos objetos dentro do campo de observação do dispositivo de lidar 308. A INU 403 pode ser usada independentemente ou em conjunto com outros sistemas de posicionamento, incluindo sistemas de posicionamento acústicos, tais como balizas acústicas, sistemas de linha de base supercurta (SSBL), sistemas de linha de base ultracurta (USBL), ou sistemas de linha de base longa (LBL).
[0039] Os componentes do sistema de posicionamento 200 incluem, desse modo, uma fonte de luz 404. A luz produzida pela fonte de luz 404 pode ser colimada ou focalizada variavelmente pelas ópticas
408. De acordo com pelo menos algumas concretizações da presente invenção, a fonte de luz 404 é um laser de feixe pulsado. Como vão entende aqueles versados na técnica após consideração da presente invenção, a fonte de luz 404 pode produzir luz tendo um comprimento de onda selecionado ou uma faixa de comprimentos de onda selecionada. Como um exemplo, mas sem limitação, a fonte de luz 404 pode compreender uma fonte de luz de lar azul esverdeado. Como outro exemplo, a fonte de luz 404 pode ter uma saída centralizada em 532 nm. Outros comprimentos de onda também podem ser usados, por exemplo, para otimizar o desempenho em resposta às várias condições da água. De acordo com mais outras concretizações, a fonte de luz 404 pode produzir luz não colimada. De acordo com mais outras concretizações, a fonte de luz 404 pode ser uma fonte de luz baseada em diodo emissor de luz (LED), em laser de onda contínua (CW), em CW modulada, em luz estruturada ou em alguma outra.
[0040] As ópticas de foco variável 408 podem incluir elementos mecânicos, ou elementos não mecânicos, de focalização tradicionais, tais como os que podem ser proporcionados por lentes fluidas, dispositivos de cristal líquido, dispositivos eletro-ópticos e outros elementos ópticos. A capacidade de focalizar o feixe pode ser usada para otimizar o retorno do sinal para um alvo específico, a uma distância específica, para as condições específicas da água. A luz pode ser então ajustada em grandeza por um filtro ou um atenuador variável 412. Isso é vantajoso para detecção subaquática, pois a atenuação da água do mar ou de outros corpos aquosos pode variar bastante, desse modo, mudando significativamente o sinal de retorno, o que pode prejudica a faixa dinâmica do receptor. Um método para reduzir a faixa dinâmica necessária do receptor é ajustar a potência de transmissão de luz do transmissor. Isso pode ser obtido pelo atenuador variável 412. Como exemplos, o atenuador variável 412 pode incluir filtros padronizados de densidade neutra, outros filtros de atenuação, ou elementos de polarização.
[0041] O trem óptico também pode incluir um rotator de polarização variável 416. É conhecido que a polarização da luz transmitida pode afetar a potência de retrodifusão, que é uma fonte de ruído no receptor do dispositivo de lidar 308. A amplitude de transmissão pode ser, portanto, otimizada por ajuste da rotação de polarização da luz de saída. O rotator de polarização variável 416 pode conferir qualquer polarização à luz de saída.
[0042] As ópticas de transmissão e recepção (Tx/Rx) 420 são usadas para tornar monostático. Os sensores monostáticos têm a vantagem distinta de uma varredura simplificada pois o transmissor e o receptor são apontados para a mesma localização com o mesmo mecanismo de varredura, resultando em desempenho de calibração e confiabilidade que é superior àquele dos sistemas biestáticos. Um dispositivo de varredura 424 pode ser então usado para direcionar, com precisão, simultaneamente, o feixe transmitido e o campo de visão do receptor a uma cena por uma janela 428 no invólucro 402. O dispositivo de varredura 424 pode inclui um espelho dirigível ou outro dispositivo dirigível de feixe, tal como um sistema microeletromecânico (MEM), um dispositivo de cristal líquido, opticoacústico ou eletro-óptico, para o controle preciso do apontamento da fonte de luz e do receptor na direção de um local-alvo 202, tal como em uma estrutura subaquática, e a ângulos conhecidos relativos ao sistema de posicionamento 200.
[0043] A luz refletida do alvo é recebida pelo dispositivo de varredura 424 e é dividida por um elemento divisor de feixe, incluído nas ópticas Tx/Rx 420. A luz das ópticas Tx/Rx 420 é proporcionada um telescópio receptor 430, que é configurado para focalizar a luz recebida de modo que possa ser transformada em imagem nos elementos sensores 444 incluídos no sistema de posicionamento 200. Em pelo menos algumas concretizações, o telescópio receptor 430 colima a luz e é depois focalizado pela óptica de focalização 446. Um rotator de polarização variável 432 pode ser incluído para otimizar a relação de sinal para ruído (SNR) do sinal de retorno por seleção da polarização ótima para o retorno de alvo difícil.
[0044] Um obturador rápido 436 é proporcionado para bloquear qualquer luz parasita do feixe primário, na medida em que deixa a janela 428 após ser direcionada pelo dispositivo de varredura 424. O obturador rápido 436 é sincronizado com eletrônica de alta velocidade, que pode ser implementada por um processador 448, para bloquear a reflexão da janela 428 de um pulso transmitido e depois abrir rapidamente para capturar os retornos de alvos próximos. A luz passada pelo obturador rápido 436 é depois proporcionada ao receptor 444. O receptor 444 detecta a luz refletida de um alvo, e as informações de sincronização e intensidade, relativas ao sinal recebido, são usadas para criar dados de nuvem de pontos tridimensionais. O receptor 444 é, desse modo, um sensor ou detector óptico, tal como um fotodiodo, um fotodiodo de ruptura, um tubo fotomultiplicador, um tubo fotomultiplicador de silício, um fotodiodo de ruptura de modo de Geiger, um detector de dispositivo de carga acoplada (CCD), um detector de semicondutor de óxido metálico complementar (CMOS) ou outro detector óptico. Pode incluir também um amplificador eletrônico e/ou elementos de controle térmico e um conjunto de circuitos. Além disso, o receptor 444 pode incluir ou estar associado com um filtro de faixa estreita para reduzir a luz de fundo. Uma óptica de focalização 446 pode ser incluída para focalizar a luz recebida no sensor do receptor 444. De acordo com as concretizações da presente invenção, o receptor 444 pode compreender um sensor de pixel único ou de pixels múltiplos. As informações relativas à distância para o alvo são monitoradas por um processador 448, que controla e/ou tem acesso às informações relativas ao tempo no qual a luza transmitida é transferida, e o tempo no qual um sinal de retorno, compreendendo a luz transmitida que tenha sido refletida de um alvo, é recebido pelo receptor 444. Além disso, as informações do dispositivo de varredura 424, de uma cabeça giratória e de inclinação 312, e/ou de localização de um pixel receptor em um dispositivo de lidar 308, tendo um sensor de pixels múltiplos, pois o receptor 444 pode ser usado pelo processador 448 para determinar o ângulo de azimute e o ângulo de elevação para o alvo. Essas informações podem ser depois combinadas com as informações de sincronização, e, em particular, o tempo no qual o pulso transmitido de luz, produzido pela fonte de luz 404, é enviado para o alvo, e o tempo no qual o sinal de retorno é recebido pelo receptor 444. A medida da distância, determinada das informações de sincronização, pode ser depois aplicada para obter uma localização do alvo relativa ao sistema de posicionamento 200. Como vão entender aqueles versados na técnica após consideração da presente invenção, as informações de intensidade, obtidas pelo receptor 444, podem ser analisadas em conjunto com a determinação, por exemplo, se o retorno é de uma estrutura subaquática, da água ou de uma coluna de líquido. Além do mais, a intensidade pode ser proporcionada do sensor como um sinal de voltagem.
[0045] O processador 448 pode incluir qualquer processador capaz de conduzir ou executar as instruções codificadas em software ou programação em hardware de sistema 463, armazenado em armazenamento de dados ou memória 464, tal como um processador programável de uso geral, um controlador, um Circuito Integrado de Aplicação Específica (ASIC), Matriz de Portas de Campo Programável (FGPA) ou assemelhados. Além do mais, a execução desse software ou programação em hardware 463 pode controlar a operação do sistema de lidar 308, incluindo a aquisição de dados de nuvem de pontos, que incluem as informações do ângulo de azimute, do ângulo de elevação, de intensidade e de distância obtidas de uma cena subaquática. De acordo com outras concretizações da presente invenção, a execução do software 463 pode operar para determinar uma posição de um objeto 208 e uma posição de um local-alvo 202. De acordo com mais outras concretizações, a execução do software 463 pode operar para controlar pelo menos uma da fonte de luz 404 e de um projeto 450, para projetar um alvo visível 204. Além do mais, o software 463 pode operar para prever uma localização futura de um objeto móvel 208, para gerar e registrar dados relativos ao objeto 208, ao local-alvo 202, para trocar informações com outros sistemas de posicionamento, para trocar informações com uma interface de usuário, um sistema servidor ou outro nó de computação em comunicação com o sistema de posicionamento, ou assemelhados. Diferentes operações do software 463 podem ser distribuídas entre os diferentes programas, aplicações ou módulos de software. A execução do software 463 pelo processador 448 pode ser executada em conjunto com a memória 464. Além do mais, a função da memória 464 pode incluir o armazenamento de curto ou longo prazo de informações de sincronização, informações de distância, dados de nuvem de pontos gerados pelo sistema de lidar 308, localizações de pontos de controle ou outras informações de controle ou dados gerados. A memória 464 pode compreender uma memória no estado sólido, uma unidade de disco rígido, uma combinação de dispositivos de memória ou assemelhados. O sistema de posicionamento 200 pode incluir, adicionalmente, vários sensores. Por exemplo, o sistema de posicionamento 200 pode incluir um dispositivo de CTD 445 para medir a condutividade (e desse modo a salinidade), a temperatura e a profundidade da água no local do sistema de posicionamento 200. Em virtude um dispositivo de CTD 445 precisar ficar em contato direto com a água circundante, pode ser montado fora de ou adjacente a uma abertura no invólucro 402.
[0046] Como vão entender aqueles versados na técnica após consideração da presente invenção, os componentes básicos do sistema de lidar 308 são a fonte de luz 404 e o receptor 444. Um sistema de posicionamento 200, de acordo com pelo menos algumas concretizações da presente invenção, por exemplo, como ilustrado na Figura 4A, pode utilizar a fonte de luz 404 e o dispositivo de varredura 424 do dispositivo de lidar 308 para gerar um alvo visível 204. De acordo com outras concretizações da presente invenção, por exemplo, como ilustrado na Figura 4B, um sistema de posicionamento 200 pode incluir um sistema de projeção 406 separado, tendo uma fonte de luz de projeção 450 e um dispositivo de varredura de projeção 452 para gerar um alvo visível 204. Em outra concretização, um dispositivo de varredura 425 não é necessário, pois a fonte de luz de projeção pode ser um projetor bidimensional, como um sistema de projeção usual. A luz pode ser passada por uma janela de projeção 456, ou pela janela 428 proporcionada para o sistema de lidar 308. De acordo com pelo menos algumas concretizações, a fonte de luz 404 do sistema de lidar 308 pode operar em combinação com uma fonte de luz de projeção 450 separada para projetar um alvo visível 204. Por exemplo, a fonte de luz de projeção 450 pode proporcionar luz em uma ou mais cores, que não estão disponíveis da fonte de luz 404, incluída como parte do sistema de lidar 308.
[0047] As concretizações da presente invenção podem incluir todos os componentes ilustrados na Figura 4A e/ou na Figura 4B, componentes adicionais ou alternativos, ou um subconjunto desses componentes. De acordo com as concretizações da presente invenção, as medidas de distância e de ângulo devem ser todas compensadas por uso das técnicas descritas nas patentes U.S. de números 8.184.276 e
8.467.044. A memória 464 pode ser usada para armazenar as informações de localização, as instruções operacionais, os dados gerados e assemelhados. Uma interface de entrada / saída ou de comunicação 468 pode ser incluída para transmitir informações determinadas a uma estação de monitoramento e controle 504 (consultar a Figura 5) ou outro sistema ou centro de controle em tempo real, próximo do tempo real ou assincronamente. Uma fonte de energia e um barramento de distribuição 472 também podem ser integrados com o sistema de posicionamento 200. Vários elementos de um sistema de posicionamento 200, como descrito no presente relatório descritivo, podem ser proporcionados como, ou por, componentes distintos ou integrados. Por exemplo, vários elementos ópticos do sistema de lidar 308 podem ser formados em um substrato, que é ligado ao substrato de semicondutor, no qual o receptor 444 é formado, criando um chip ou um pacote integrado.
[0048] A Figura 5 é um diagrama de blocos ilustrando uma interface humana e outros componentes que podem ser proporcionados como parte de, ou em conjunto com, uma estação de monitoramento e controle 504, associada com um sistema de posicionamento subaquático 200, de acordo com as concretizações da presente invenção. A estação de monitoramento e controle 504 pode ser proporcionada com uma instalação no lado de topo, conduzida por uma plataforma móvel, tal como um navio de superfície ou um veículo submersível, montada ou fixada em uma plataforma fixa ou estacionária, tal como uma plataforma de produção, ou localizada em uma instalação em terra. A estação de monitoramento e controle 504 facilita ou executa as funções que incluem proporcionar transferência para, e recebimento de, um usuário ou de um centro de processamento automatizado. A estação de monitoramento e controle 504 inclui, geralmente, um processador 508 e uma memória 512. Além disso, a estação de monitoramento e controle 504 pode incluir um ou mais dispositivos de entrada de usuário 516 e um ou mais dispositivos de saída de usuário
520. A estação de monitoramento e controle 504 também inclui,
geralmente, o armazenamento de dados 524. Além disso, uma interface de comunicação 528 pode ser proporcionada para sustentar a interconexão da estação de monitoramento e controle 504 com os componentes subaquáticos do sistema de posicionamento 200 e/ou com outros sistemas. Essa interface 528 pode ser usada como uma interface de comando e controle co outro dispositivo autônomo, que proporciona as entradas e lê as saídas que substituem as interfaces de usuário humanos 516 e 520.
[0049] O processador 508 pode incluir um processador programável de uso geral ou qualquer outro processador capaz de conduzir ou executar instruções codificadas em software ou programação em hardware. De acordo com outras concretizações da presente invenção, o processador 508 pode incluir um controlador, FGPA ou ASIC, capaz de executar instruções codificadas em circuitos lógicos. A memória 512 pode ser usada para armazenar programas e/ou dados, por exemplo, em conjunto com a execução de código ou instruções pelo processador
508. Como exemplos, a memória 512 pode compreender RAM, SDRAM ou outra memória no estado sólido. Em geral, um dispositivo de entrada de usuário 516 é incluído como parte da estação de monitoramento e controle 504, que permite que um usuário introduza comandos, incluindo os comandos que são transmitidos para os componentes subaquáticos do sistema de monitoramento integral, para controlar os aspectos da operação do sistema de posicionamento 200. Os exemplos de dispositivos de entrada de usuários 516, que podem ser proporcionados como parte da estação de monitoramento e controle 504, incluem um teclado, um teclado numérico, um microfone, um dispositivo de entrada biométrica, uma tela de toque, um comando de jogos ("joystick"), um mouse ou outro dispositivo de codificação de posição, ou assemelhados. Um dispositivo de saída de usuário 520 pode, por exemplo, incluir um monitor, um alto-falante, uma lâmpada indicadora ou assemelhados. Além do mais, um dispositivo de entrada de usuário 516 e um dispositivo de saída de usuário 520 podem ser integrados, por exemplo, por meio de uma interface gráfica de usuário com um cursor controlado por dispositivo apontador ou um monitor de tela de toque. Como a memória 512, o armazenamento de dados 524 pode compreender um dispositivo no estado sólido. Alternativa ou adicionalmente, o armazenamento de dados 524 pode compreender, mas não é limitado a, uma unidade de disco rígido, uma unidade de fita ou outro dispositivo ou conjunto de dispositivos de armazenamento endereçável. Além do mais, o armazenamento de dados 524 pode ser proporcionado como um componente integral da estação de monitoramento e controle 504, ou como um dispositivo ou sistema de armazenamento de dados interconectado.
[0050] O armazenamento de dados 524 pode proporcionar armazenamento para uma aplicação de sistema de monitoramento submarino 523, que opera para apresentar uma interface gráfica de usuário pelo dispositivo de saída de usuário 520, e que apresenta dados de nuvem de pontos, ou dados derivados de dados de nuvem de pontos, obtidos por um sistema de posicionamento 200. A aplicação 532 pode operar ainda para receber comandos de controle de um usuário pelo dispositivo de entrada de usuário 516, incluindo comandos para selecionar as áreas-alvo ou outros pontos de controle em uma cena subaquática. De acordo com as concretizações da presente invenção, a aplicação 532 pode executar várias funções autonomamente, tais como identificar objetos embaixo d'água, identificar características em objetos embaixo d'água 208, identificar um centroide de um objeto embaixo d'água ou uma característica de um objeto embaixo d'água, identificar pontos de controle em objetos embaixo d'água, identificar centroides-alvo, monitorar os parâmetros de movimento, vibração e/ou temperatura de objetos embaixo d'água, ou outras operações. Essas operações automatizadas podem ser implementadas usando, por exemplo, técnicas de reconhecimento de imagem. O armazenamento de dados 524 pode proporcionar adicionalmente armazenamento para os pontos de controle 536 selecionados, para os dados de nuvem de pontos 540 gerados por operação de um sistema de posicionamento 200, e para detecção de alcance, vibração, modo de vibração, temperatura, vazamento, ou outras medidas ou dados gerados por um sistema de posicionamento 200. De acordo com mais outras concretizações da presente invenção, a aplicação de sistema 532 pode ser executada para detectar movimento, vibração, modo de vibração, temperatura, mudanças, características, falta de características, outras anomalias ou vazamentos em vez da, ou em conjunto com a, execução do software de sistema 463 pelo processador 448 do sistema de posicionamento 200. O armazenamento de dados 524 também pode armazenar software de sistema operacional 544 e outras aplicações ou dados.
[0051] Um exemplo de uma interface de usuário 604, apresentada a um usuário por um dispositivo de saída de usuário 520, é ilustrado na Figura 6. Como mostrado, a interface de usuário 604 pode incluir uma seção de entrada de usuário 608 contendo uma variedade de campos de entrada de dados e botões virtuais, que podem ser utilizados por um usuário para introduzir instruções ou dados de controle por manipulação de um ou mais dispositivos de entrada de usuário 516. A interface de usuário 604 pode apresentar adicionalmente uma imagem 612 da cena embaixo d'água gerada dos dados de nuvem de pontos, obtidos pela varredura inicial da cena. A imagem pode incluir dados de nuvem de pontos obtidos de um único dispositivo de lidar 308, ou que tenham sido reunidos conjuntamente de múltiplos dispositivos de lidar 308. A imagem pode ser também um subconjunto ou derivado dos dados de nuvem de pontos, tais como apenas as informações de intensidade, ou uma imagem bidimensional. Além disso, a imagem pode incluir uma ilustração ou uma imagem bidimensional, tal como uma imagem de vídeo, de um alvo projetado 204, associado com uma área-alvo 202 para um objeto 208. Consequentemente, a interface de usuário 604, em cooperação com uma câmera 328, pode compreender um sistema de vídeo. De acordo com pelo menos algumas concretizações da presente invenção, a localização da área-alvo 202 e do alvo projetado 204 pode ser modificada pelo usuário por dispositivos de entrada de usuários 516. Consequentemente, o estabelecimento de uma área-alvo 202 pode envolver uma operação manual, na qual um usuário ou um operador determina a área-alvo 202 com referência à imagem apresentada 612. Como uma alternativa, a determinação de se a estrutura embaixo d'água selecionada é incluída na cena pode ser feita por processos automatizados, tal como por execução de software de reconhecimento de imagem incluído na, ou proporcionado separadamente da, aplicação de sistema 532. A interface de usuário pode incluir indicadores e orientadores visuais e audíveis na medida em que o objeto 208 se aproxima da área-alvo 202, tais como setas direcionais, velocidade de aproximação, indicadores de alerta, alcance, direção, erro ou desvio, temperatura ou quaisquer outros dados ou orientação de direção.
[0052] A Figura 7 ilustra um cenário submarino incluindo a projeção de um alvo visível ou de uma imagem 204, nesse exemplo na forma de uma caixa-alvo, por um sistema de posicionamento 200, de acordo com as concretizações da presente invenção. O sistema de posicionamento 200 pode ser colocado em uma estrutura de suporte colocada no fundo do mar, conduzida por um ROV ou um AUV, que fica estacionário no fundo do mar, conduzido por um ROV ou AUV, que fica flutuando em um modo de manutenção de estação, ou, de outro modo, conduzido ou colocado nas vizinhanças da área-alvo 202 para um objeto 208. As informações relativas à localização do sistema de posicionamento 200 podem ser proporcionadas pela INU 403. Alternativa ou adicionalmente, o sistema de posicionamento 200 pode obter informações relativas à sua localização por referência a um ou mais marcos naturais geolocalizados 226 ou outras estruturas estacionárias no fundo do mar, ou mesmo pelas próprias características do fundo do mar. As informações de localização, obtidas relativas aos marcos naturais de geolocalização 226, podem substituir ou serem complementadas pela localização conhecida do sistema de monitoramento 200, obtida, por exemplo, de uma INU 403, ou outras estruturas estacionárias no fundo do mar, tais como derivações múltiplas 128, poços 130 ou estacas de sucção 136, ou mesmo pelas próprias características de fundo de mar. Por determinação da localização-alvo desejada 202, relativa à localização conhecida do sistema de posicionamento 200, o sistema de posicionamento 200 pode projetar os caracteres-alvo 204 de modo que correspondam ao, ou se encontre dentro do, ou, de outro modo, indique, por meio de um sinal visualmente perceptível, a localização-alvo desejada 202. A alvo visível 204 não precisa ser uma "caixa", mas pode ser qualquer sinal visualmente perceptível de uso para o operador do equipamento de localização 210.
[0053] O sistema de posicionamento 200 pode também monitorar a localização e a orientação do objeto 208 como sendo aproximado do, e colocado no, local-alvo 202. Esse monitoramento do objeto 208 pode ser facilitado pela colocação de alvos de referência 244 no objeto 208. Como discutido em mais detalhes em qualquer outro lugar no presente relatório descritivo, os alvos de referência 244 podem identificar um objeto associado 208, um lado do objeto 208 e um ângulo do objeto 208 relativo ao sistema de posicionamento 200. Em outra concretização, o objeto 208 pode ser uma disposição de tubos ou cabos. Em mais outra concretização, o inverso pode ser feito quando o sistema de posicionamento 200 é montado no objeto 208 e monitora sua localização relativa aos marcos naturais 226 ou outras estruturas estacionárias, tais como as derivações múltiplas 128, os poços 130 ou as estacas de sucção 136, por exemplo, tendo localizações conhecidas. Em mais outras concretizações, o objeto 208 pode ser um objeto móvel, tal como um ROV ou um AUV. As informações aperfeiçoadas de posição e direção podem aumentar e diminuir o risco de operação próxima para equipamentos caros, tais como operação de válvulas e atracação automática.
[0054] Além de auxiliar com o posicionamento do objeto 208, pelo menos algumas concretizações do sistema de posicionamento 200 podem medir e registrar a velocidade de contato final juntamente com a localização final (direção x, y, z, passo e balanço) do objeto 208, e quando desses variam da localização-alvo ideal 202. Juntamente com esse registro de localização final, o fundo do mar em torno da estrutura pode ser varrido para uma condição "como disposta", que pode ser comparada com futuras varreduras para investigar detecção ou dragagem.
[0055] A Figura 7 também ilustra o uso de um transponder acústico 704 e um marco natural geolocalizado 226, de acordo com as concretizações da presente invenção. O sistema de posicionamento 200 pode se referir ao marco natural geolocalizado 226 para determinar uma posição relativa do sistema de posicionamento 200 e/ou do transponder acústico 704. Como mostrado, o marco natural geolocalizado 226 pode incluir caracteres, tais como alvos bidimensionais 244 e tridimensionais 240 para auxiliar na determinação da localização do sistema de posicionamento 200, e, por sua vez, de objetos 208 e/ou de locais-alvo 202, relativos ao marco natural geolocalizado 226. De acordo com outras concretizações da presente invenção, os caracteres podem incluir informações incluindo unicamente a identificação de um marco natural geolocalizado 226. O transponder acústico 704 pode compreender um transponder acústico convencional, que tenha sido modificado para incluir caracteres. Os caracteres associados com um transponder acústico 704 podem compreender alvos de referência 240, 244, que podem ser usados como pontos de controle para determinar uma localização relativa do transponder acústico 704. De acordo com outras concretizações da presente invenção, os caracteres podem incluir informações identificando unicamente um transponder acústico 704 associado.
[0056] A Figura 8 ilustra um cenário submarino incluindo múltiplos sistemas de posicionamento 200 monitorando uma posição de um objeto 208, de acordo com as concretizações da presente invenção. Cada sistema de posicionamento 200 pode ser geolocalizado, e cada um deles pode determinar uma localização relativa do objeto 208. As informações de localização, determinadas por um sistema de posicionamento 200 relativas à sua localização, à localização do objeto 208, à localização de outro sistema de posicionamento 200, ou à localização de qualquer outro objeto subaquático 208 ou característica, podem ser compartilhadas com outros sistemas de posicionamento 200. O uso de múltiplos sistemas de posicionamento 200 pode proporcionar redundância e podem proporcionar uma melhor precisão de localização, pelo menos sob algumas das condições. Um alvo visível 204 pode ser projetado por um ou mais dos sistemas de posicionamento 200. Além disso, como em outras concretizações, as informações de localização relativas ao objeto 208 podem ser realimentadas ao operador do elevador, do guindaste, do veículo ou de outro equipamento sendo usado para posicionar o objeto 208. Além do mais, um sistema de posicionamento 200 ou múltiplos sistemas de posicionamento 200 podem rastrear, simultaneamente ou quase que simultaneamente, múltiplos objetos 208, por exemplo, por varredura de um primeiro dos objetos para determinar uma posição atual desse objeto 208, varredura de um segundo objeto 208 para determinar uma posição atual desse objeto, e assim por diante, antes de retornar à varredura do primeiro objeto 208. Além do mais, um alvo visível 204 pode ser projetado por um sistema de posicionamento 200, ou por múltiplos sistemas de posicionamento 200, para o objeto 208 adicional. Também, quando múltiplos sistemas de posicionamento 200 são usados para rastrear múltiplos objetos 208, as informações relativas à posição de um objeto 208, determinadas por um dos sistemas de posicionamento 208, podem ser compartilhadas com outros sistemas de posicionamento 200.
[0057] Os aspectos de um método para proporcionar um alvo visível 204 a um operador do equipamento de localização 210 para uso na colocação de um objeto 208 em um local-alvo 202 são ilustrados na Figura 9. Inicialmente, na etapa 904, as coordenadas de outras informações de geolocalização de uma área-alvo 202 para um objeto são determinadas. Essas podem incluir coordenadas na forma de uma latitude e uma longitude, distâncias e/ou ângulos relativos a um marco natural 226, ou outro local conhecido. Alternativamente, a localização da área-alvo 202 pode ser obtida por entrada de um operador, recebida por meio de uma entrada de usuário 516. Na etapa 908, as informações de geolocalização são armazenadas na memória 464.
[0058] Um alvo projetado 204 é então produzido pelo sistema de posicionamento 200 (etapa 912). De acordo com as concretizações da presente invenção, o alvo projetado 204 é produzido para contornar toda a ou partes selecionadas da área-alvo 202. O alvo projetado 204 pode ser gerado com referência às características do objeto 208, que está sendo colocado na área-alvo 202. Por exemplo, se o objeto 208 incluir uma estrutura de suporte de tripé, o alvo projetado 204 pode incluir um contorno dos locais desejados para cada pé do tripé. De acordo com pelo menos algumas concretizações da presente invenção, o sistema de posicionamento 200 pode proporcionar informações além de uma linha ou outro caractere marcando uma área-alvo 202. Por exemplo, o sistema de posicionamento 200 pode monitor, contínua ou periodicamente, a localização do objeto 208 relativa à área-alvo 202, e pode proporcionar informações relevantes relativas ao alinhamento, à velocidade ou a outras informações para o operador do equipamento de localização 210. Além dos dados, as informações podem incluir orientação direcional, por exemplo, na forma de uma ou mais setas direcionais. Além do mais, essas setas podem variar em comprimento, por exemplo, para indicar uma distância da área-alvo 202. Como outro exemplo, setas curvas ou de outro modo não lineares podem ser projetadas para indicar um caminho preferido para o objeto 208 seguir. Essas informações podem ser proporcionadas por meio de caracteres projetados no fundo do mar, no próprio objeto 208, ou em estruturas embaixo d'água nas vizinhanças do objeto 208 e/ou da área-alvo 202. Por exemplo, outras informações podem ser projetadas dentro de e/ou adjacentes a uma área abrangida pelo alvo projetado 204.
[0059] De acordo com outras concretizações da presente invenção, o alvo projetado é virtual. Nesse mundo virtual, o sistema de posicionamento 200 opera para rastrear as reais relações entre a área- alvo 202 e o objeto 208, e apresentar uma ilustração virtual da área-alvo 202, dos caracteres-alvo 244 e/ou do objeto 208. Essas informações virtuais podem ser exibidas por uma tela de um dispositivo de saída 520, incluído como parte da interface de usuário 504, e podem ser usadas, por exemplo, por um operador de guindaste observando a tela enquanto colocando o objeto 208 dentro da área-alvo 202.
[0060] Na etapa 916, o objeto 208 é movimentado para a área-alvo
202. A seguir, uma determinação pode ser feita de se o posicionamento do objeto 208 na área-alvo 202 foi completado (etapa 920). De acordo com pelo menos algumas concretizações da presente invenção, essa determinação pode incluir o sistema de posicionamento 200 varrendo o objeto 208 para verificar que o objeto 208 está dentro da área-alvo 202. Além do mais, o sistema de posicionamento 200 pode verificar que o objeto 208 tem uma orientação desejada ou é, de outro modo, posicionado corretamente. De acordo com mais outras concretizações, a determinação de se colocar o objeto 208 dentro da área-alvo 202 está completa pode ser feita manualmente por operador, por exemplo, por comparação da posição do objeto 208 relativa ao alvo visível 204 projetado pelo sistema de posicionamento 200. Em outras concretizações, se o posicionamento do objeto 208 não estiver completo (920), então a realimentação do operador (etapa 924) é gerada para auxiliar a etapa seguinte 916. A realimentação do operador pode incluir setas direcionais ou guias projetados em um objeto ou característica subaquática, e/ou podem ser exibidos pela interface de usuário 604. Pode incluir também uma realimentação ao vivo de posição, distância, velocidade de aproximação e outras informações. Pode também incluir alertas de detecção de proximidade ou colisão. Se o posicionamento do objeto 208 tiver sido completado, o processo pode terminar.
[0061] Com referência então à Figura 10, outro cenário submarino, incluindo a projeção de um alvo visível ou imagem 204 por um sistema de posicionamento 200, de acordo com as concretizações da presente invenção, é ilustrado. Nesse exemplo, o objeto 208 sendo posicionado tem pelo menos três pontos ou alvos de referência coordenados previamente 244, mostrados como os pontos A, B e C na figura. O sistema de posicionamento 200, nesse exemplo conduzido por um veículo subaquático 216 na forma de um ROV, é colocado em um local do qual os alvos 244 no objeto 208 são visíveis, e dos quais a área-alvo 202 para o objeto 208 é visível, para permitir que o sistema de posicionamento 200 projete um alvo visível 204.
[0062] Os aspectos de um método para colocar um objeto 208 em uma área-alvo 202 em um cenário, tal como ilustrado na Figura 10, são mostrados na Figura 11. Inicialmente, na etapa 1104, um plano de varredura é determinado. O plano de varredura pode incluir a determinação de um local no qual o ROV, conduzindo o sistema de posicionamento 200, deve ser colocado para ter uma visão do objeto 208 sendo posicionado e da área-alvo 202 para o objeto 208. O ROV 216 pode ser então movimentado para o local predeterminado (etapa 1108). Do local predeterminado, o sistema de posicionamento 200 é operado para varrer o objeto 208 (etapa 1112). Um operador pode ver os dados de varredura (etapa 1116), por exemplo, como apresentado por uma interface de usuário 604, para determinar se os alvos 244 no objeto 208 são visíveis (etapa 1120). De acordo com outras concretizações, a determinação de se os alvos 244 são visíveis para o sistema de posicionamento 200 pode ser feita por um processo automatizado de reconhecimento de imagem, em execução no próprio sistema de posicionamento 200, em uma estação de monitoramento e controle relacionada 504, ou em algum outro dispositivo ou sistema.
[0063] Se for determinado na etapa 1120 que o local, no qual o veículo subaquático 216 foi colocado, não propiciar uma visão dos alvos 244, o processo pode retornar para a etapa 1108, e o veículo subaquático 216 pode ser reposicionado. Se o local for bom e os alvos 244 forem visíveis, uma ou mais áreas, nas quais uma varredura de alta resolução é executada, são selecionadas (etapa 1124). A seleção de uma área para uma varredura de alta resolução pode ser feita por operador humano selecionando a área por uma interface de usuário 604, ou por meio de um processo automatizado.
[0064] Uma varredura de alta resolução da área selecionado é então feita, e os centroides dos alvos 244, dentro da área varrida, são localizados (etapa 1128). A localização dos centroides dos alvos 244 pode ser feita por um processo de reconhecimento de imagem em execução no processador 448. A localização do sistema de posicionamento 200 pode ser então determinada (etapa 1132). Como um exemplo, a localização do sistema de posicionamento 200, relativa ao objeto 208, pode ser determinada por execução de um levantamento topográfico por seções transversais de interseção inversa de três pontos, no qual a localização do sistema de posicionamento é calculada dos ângulos determinados subtendidos por linhas de visão do sistema de posicionamento 200 para os três alvos coordenados previamente
244. Além do mais, quando o próprio objeto 208 é geolocalizado, a determinação da localização do sistema de posicionamento 200, relativa ao objeto 208, permite que o próprio sistema de posicionamento 200 seja geolocalizado. O sistema de posicionamento 200 é então controlado para projetar um alvo visível 204, indicando a área-alvo 202 para o objeto 208 (etapa 1136). O alvo visível 204 pode continuar a ser projetado até que o objeto 208 tenha sido colocado dentro do área-alvo
202. O processo pode então terminar.
[0065] Com referência agora à Figura 12, mais outro cenário subaquático, incluindo a projeção de um alvo visível ou de uma imagem 204 por um sistema de posicionamento 200, de acordo com as concretizações da presente invenção, é ilustrado. Nesse exemplo, o objeto 208 sendo posicionado tem pelo menos três pontos ou alvos de referência coordenados previamente 244, mostrados como os pontos A, B e C na figura. Além disso, uma posição-alvo 222 (ou múltiplas posições), tendo vários alvos 244, indicados como os alvos P1, P2 e P3, fixados nela, é incluído. O sistema de posicionamento 200, por exemplo, conduzido por um veículo subaquático 216 na forma de um ROV, é colocado inicialmente em um primeiro local 1204, do qual os alvos 244 no objeto 208 são visíveis, e do qual os alvos 244 na posição-alvo 222 são visíveis. O ROV conduzindo o sistema de posicionamento 200 pode ser então movimentado a um segundo local 1208, do qual a área-alvo
202 para o objeto 208 é visível, para permitir que o sistema de posicionamento 200 projete um alvo visível 204.
[0066] Os aspectos de um método para colocar um objeto 208 em uma área-alvo 202, em um cenário tal como o ilustrado na Figura 12, são mostrados na Figura 13. Inicialmente, na etapa 1304, um plano de varredura é determinado. O plano de varredura pode incluir, geralmente, a determinação de um primeiro local, no qual o ROV conduzindo o sistema de posicionamento 200, deve ser colocado para ter uma visão do objeto 208 sendo posicionado e de uma posição-alvo 222, localizada nas vizinhanças do objeto 208, e outro local, do qual o ROV conduzindo o sistema de posicionamento 200 deve ser colocado para proporcionar uma visão da área-alvo 202 para o objeto 208. O ROV 216 pode ser então movimentado para o primeiro local predeterminado, do qual o objeto 208 é ou deve ser visível (etapa 1308). Desse primeiro local, o sistema de posicionamento 200 é operado para varrer o objeto 208 (etapa 1312). Um operador pode visualizar os dados de varredura, por exemplo, como apresentados por uma interface de usuário 604 (etapa 1316), ou um processo automatizado, dotado com os dados de varredura, pode ser executado, para determinar se os alvos 244, no objeto 208, são visíveis (etapa 1320). Se os alvos 244 não forem visíveis, o processo pode retornar para a etapa 1308 e o veículo subaquático 216 pode ser reposicionado. Se o local for bom e os alvos 244 forem visíveis, uma ou mais áreas, nas quais uma varredura de alta resolução é executada, são selecionadas (etapa 1324). A seleção de uma área para uma varredura de alta resolução pode ser feita por um operador humano selecionando a área por meio de uma interface de usuário 604, ou por meio de um processo automatizado.
[0067] Uma varredura de alta resolução da área selecionada é então feita, e os centroides dos alvos 244, dentro da área varrida, são localizados (etapa 1328). A localização dos centroides dos alvos 244 no objeto 208 pode ser feita por um processo de reconhecimento de imagem em execução no processador 448. A localização do sistema de posicionamento 200 pode ser então determinada (etapa 1332). Como um exemplo, a localização do sistema de posicionamento 200, relativa ao objeto 208, pode ser determinada por execução de um levantamento topográfico por seções transversais de interseção inversa de três pontos. Além do mais, quando o objeto 208 é geolocalizado, a determinação da localização do sistema de posicionamento 200, relativa ao objeto 208, permite que o próprio sistema de posicionamento 200 seja geolocalizado.
[0068] Na etapa 1336, o sistema de posicionamento 200 é operado para varrer a posição-alvo 222 do primeiro local. Um operador vendo os dados ou um sistema automatizado pode depois selecionar uma área abrangendo os alvos 244 na posição-alvo 222 (etapa 1340), e uma varredura de alta resolução da área selecionada pode ser então feita, da qual as localizações dos centroides dos alvos 244 podem ser determinadas (etapa 1344), desse modo, permitindo que esses alvos 244 sejam geolocalizados. Na etapa 1348, o sistema de posicionamento 200 é movimentado a um segundo local, por exemplo, por reposicionamento do ROV conduzindo o sistema de posicionamento
200. A posição-alvo 222 é então varrida (etapa 1352). Um operador ou um sistema automatizado pode então visualizar os dados de varredura (etapa 1356) para determinar se os alvos 244, na posição-alvo 222, são visíveis (etapa 1360). Se os alvos 244 não forem visíveis, o processo pode retornar para a etapa 1348, e o veículo subaquático 216 pode ser de novo reposicionado. Se a localização for boa e os alvos 244 forem visíveis, uma ou mais áreas, nas quais uma primeira varredura de alta resolução é feita, são selecionadas (etapa 1364). A seleção de uma área para uma varredura de alta resolução pode ser feita por um operador humano selecionando a área por uma interface de usuário
604, ou por um processo automatizado.
[0069] Uma varredura de alta resolução da área selecionada é então feita, e os centroides dos alvos 244, na posição-alvo 222, são localizados (etapa 1368). A localização dos centroides dos alvos 244, na posição-alvo 222, pode ser feita por um processo de reconhecimento de imagem em execução no processador 448. A localização do sistema de posicionamento 200 pode ser então calculada das localizações determinadas previamente dos alvos 244 na posição-alvo 222 (etapa 1372), por exemplo, por execução de um levantamento topográfico por seções transversais de interseção inversa de três pontos. Como vão entender aqueles versados na técnica após consideração da presente invenção, outras posições-alvo 222 podem ser usadas para permitir que um objeto 208 seja movimentado por uma distância relativamente grande, de uma primeira localização conhecida a uma área-alvo 202, mesmo em condições de águas turvas. O sistema de posicionamento 200 é então controlado para projetar um alvo visível 204, indicando a área-alvo 202 para o objeto 208 (etapa 1376). A projeção do alvo visível 204 pode ser continuada até que o objeto 208 seja posicionado dentro da área-alvo 202.
[0070] Como descrito no presente relatório descritivo, um sistema de posicionamento 200 pode incorporar um sistema de lidar 308, que é implementado como um sistema sensor de ponto único, tal como um lidar de varredura, ou um lidar que receba e detecte, simultaneamente, os retornos de múltiplos pontos dentro de uma cena. Em um sistema sensor de ponto único, as medidas de diferentes pontos, dentro de uma cena, podem ser feitas virtualmente ao mesmo tempo, por apontamento sequencial do sistema de lidar 308 do sistema de posicionamento 200 a diferentes pontos, dentro da cena, automaticamente. Em um sistema sensor de clarão, as medidas de diferentes pontos, dentro de uma cena, podem ser feitas ao mesmo tempo (isto é, múltiplas medidas podem ser obtidas de retornos gerados de um único pulso de luz), com os retornos recebidos em diferentes pixels dentro do sensor correspondentes a diferentes ângulos de azimute e ângulos de elevação relativos ao sistema de lidar 308. O sistema de posicionamento 200 pode ser montado em um ROV, um AUV, um tripé, um marco natural, uma gaiola ou outra estrutura submarina.
Em pelo menos algumas concretizações, uma própria gaiola ou um próprio quadro 224 de um sistema de posicionamento 200 pode compreender uma estrutura subaquática 304 e pode proporcionar uma plataforma com várias funções selecionáveis.
Isso pode incluir a incorporação de baterias e de um sistema de controle de energia, o que permite uma disposição autônoma de longa duração.
O sistema de posicionamento 200 pode também proporcionar capacidades, incluindo, mas não limitado a, armazenamento e recuperação de dados, sensores de temperatura, sensores de profundidade, sensores de salinidade, outros sensores químicos, e dispositivos de comunicação.
O sistema de posicionamento 200 também pode proporcionar sinais de sincronização entre os múltiplos sensores para sincronizar temporalmente a coleta de dados desses sensores.
Os exemplos de dispositivos de comunicação incluem sistemas elétricos ou ópticos ligados por fios, um de radiofrequência, um de espaço óptico livre, ou dispositivos acústicos.
As comunicações podem ser com ROVs, AUVs, veículos residentes, outras estruturas inteligentes no campo ou na superfície.
O sistema de posicionamento 200 pode armazenar dados, comprimir e enviar amostras de dados, ou processar autonomamente dados para verificar a detecção de mudança e enviar sinais de alarme, quando uma mudança é detectada.
Além do mais, um sistema de posicionamento 200 pode proporcionar energia, armazenamento de dados e capacidades de comunicações a outros dispositivos de monitoramento ou ao sistema de posicionamento 200, por exemplo, para permitir monitoramento em diferentes ângulos ou por um maior campo de visão. Alternativamente, ou adicionalmente, o sistema de posicionamento 200 pode ser conectado à infraestrutura local para energia e/ou comunicações.
[0071] Em pelo menos algumas concretizações da presente invenção, um operador humano ou um usuário interage com o sistema de posicionamento 200 por meio de uma estação de monitoramento e controle 504, que fica em comunicação operacional com o sistema de posicionamento 200. O usuário pode controlar o campo de observação do sistema de posicionamento 200 por introdução de comandos de controle por meio de uma entrada de usuário 516, para direcionar uma plataforma móvel ou um veículo 216 conduzindo o sistema de posicionamento 200, e/ou direcionar uma cabeça giratória e de inclinação, na qual um sistema de lidar 308 ou o próprio sistema de posicionamento 200 é montado. Além disso, uma realimentação em tempo real ou quase em tempo real, relativa ao campo de observação do sistema de posicionamento 200, pode ser proporcionada ao usuário por meio de saída de usuário 520. Além do mais, a realimentação proporcionada pela saída de usuário 520 pode ser na forma de uma imagem bidimensional obtida por uma câmera 328, uma visualização de dados de nuvem de pontos obtidos por um sistema de lidar 308, ou uma síntese de dados bidimensionais e tridimensionais.
[0072] De acordo com mais outras concretizações da presente invenção, um sistema de posicionamento 200 pode operar autonomamente ou semiautonomamente. Por exemplo, em um modo autônomo, o sistema de posicionamento 200 pode varrer uma cena para obter os dados de nuvem de pontos de uma área abrangendo uma área- alvo e pode executar um software para gerar um alvo projetado 204 para proporcionar uma indicação visual da área-alvo 202, para auxiliar um operador a colocar com precisão um objeto 208 na área-alvo. Em um modo semiautônomo, um usuário pode proporcionar uma direção para o sistema de posicionamento 200, tal como por definição manual da localização ou de outras características do alvo projetado 204.
[0073] Quando são empregados múltiplos sistemas de posicionamento 200 ou múltiplos sistemas de monitoramento 304 e/ou de projeção 406, as informações de alguns ou de todos os múltiplos sistemas podem ser sintetizadas em um centro de controle comum ou em um componente subaquático do sistema. Também, nas concretizações nas quais múltiplos sistemas de posicionamento 200 são incluídos, alguns ou todos dos vários sistemas de posicionamento 200 podem ser operados para projetar um alvo visível 204, para ajudar na colocação ou orientação de equipamentos ou de outros objetos 208. Nesse cenário, por exemplo, como ilustrado na Figura 8, múltiplos sistemas de posicionamento 200 podem ser iniciados por monitoramento da localização do mesmo objeto 208, para aperfeiçoar as estimativas de localização e direção do objeto 208. Pode-se então determinar por tentativa e erro ou por um algoritmo que sistema ou sistemas de posicionamento 200 estão proporcionando os dados mais precisos, devido às duas orientações em perspectiva relativas ao objeto
208. O ou os sistemas de posicionamento 200 remanescentes podem ser então dedicados como o sistema de projeção 406. Essa divisão de tarefas entre os sistemas de posicionamento 200 pode ser modificada na medida em que o objeto 208 se aproxima do local-alvo 202. Alternativa ou adicionalmente, um sistema de projeção 406 dedicado, que recebe informações de localização de um sistema de monitoramento 304, pode ser incluído. De acordo com mais outras concretizações da presente invenção, alvos, tais como alvos bidimensionais 244, alvos esféricos tridimensionais 240, prismas ou outros caracteres-alvo ou estruturas-alvo, podem ser fixados em objetos subaquáticos 208, posições-alvo 208, ou marcos naturais 226 e podem ser detectados pelo sistema de posicionamento 200, para uso na obtenção de informações de localização absolutas e/ou relativas.
[0074] As concretizações da presente invenção podem utilizar adicionalmente, simultaneamente, múltiplos componentes do sistema de monitoramento 304 e/ou do sistema de projeção 406. Por exemplo, múltiplos sistemas de monitoramento geolocalizados 304 podem ser usados para proporcionar informações relativas à localização e à posição de um objeto submarino 208. Cada dispositivo de monitoramento 304 pode compartilhar informações relativas à sua própria geolocalização com outros dispositivos de monitoramento 304 para proporcionar redundância e alta precisão. Alternativamente, um sistema de posicionamento 200 ou um sistema de monitoramento 304, com uma geolocalização conhecida, pode proporcionar informações de localização a outro sistema de posicionamento 200 ou sistema de monitoramento 304. De acordo com mais outras concretizações da presente invenção, um sistema de monitoramento 304 pode ser operado para fazer várias medidas de alcance, intensidade e ângulo de um objeto submarino monitorado, e pode transformar em média essas medidas, para proporcionar um nível mais alto de precisão em comparação com as medidas feitas com uso de uma única varredura ou com um número menor de varreduras. Além disso, múltiplos sistemas de projeção 406 podem ser usados para garantir que o alvo visível desobstruído é apresentado a um operador de equipamento de localização.
[0075] Como vão entender aqueles versados na técnica após considerar a presente invenção, várias funções podem ser distribuídas entre diferentes componentes de um sistema de posicionamento 200 ou diferentes sistemas ou dispositivos conectados. Por exemplo, o processador 448, localizado dentro de um recipiente de pressão submarino 402 de um sistema de posicionamento 200, pode executar um software de aplicação 463, que controla um dispositivo de lidar 308 associado, para obter dados de nuvem de pontos brutos, compreendendo informações de ângulo de azimute, ângulo de elevação, alcance, intensidade e períodos de tempo. As informações geradas por esse processamento a bordo podem ser depois transmitidas pela interface de comunicações 468 a uma estação de monitoramento e controle 504. Alternativa ou adicionalmente, o processamento a bordo, executado pelo sistema de posicionamento 200, pode proporcionar notificações ou alarmes automáticos, que são transmitidos para a estação de monitoramento e controle 504 ou outra instalação. A estação de monitoramento e controle 504 recebe os dados de nuvem de pontos, as notificações, os alarmes ou outras informações transmitidas pelo sistema de posicionamento 200 por meio de uma interface de comunicação 528, e armazena os dados de nuvem de pontos 540 no armazenamento de dados 524. O processador 508 pode então executar um software de aplicação de sistema 532, para apresentar uma visualização dos dados de nuvem de pontos a um dispositivo de saída de usuário 520. O processador 508 pode executar ainda o software de aplicação de sistema 532 para receber entrada do usuário relativa à geração de um alvo projetado 204, que é passado para o sistema de posicionamento 200. De acordo com mais outras concretizações da presente invenção, o processamento dos dados de nuvem de pontos pode ser feito pelo próprio sistema de monitoramento 304, por servidores ou por estações de controle proporcionados em lugar ou além da estação de monitoramento e controle 504, ou em várias combinações.
[0076] Alvos ópticos podem ser fixados em estruturas submarinas para melhorar a identificação e a localização dessas estruturas por um dispositivo de monitoramento. Os alvos ópticos podem ser bi- ou tridimensionais. Além disso, diferentes alvos podem ter diferentes características ópticas, para permitir que diferentes alvos sejam distinguidos uns dos outros pelo dispositivo de monitoramento. Os alvos ópticos podem variar as características da luz que é refletida de volta para o dispositivo de monitoramento. Essas características podem incluir a intensidade, o modelo, a frequência, a fase ou a polarização da luz. Além disso, os alvos podem codificar as informações usando códigos de barras, hologramas, caracteres perceptíveis por seres humanos ou assemelhados.
[0077] Os exemplos particulares de aplicações dos sistemas e métodos de posicionamento descritos incluem a colocação, a remoção ou a manipulação de quaisquer e de todos os equipamentos instalados embaixo d'água para um campo de óleo ou gás, uma fazenda de vento ou outra estrutura, e o fundo do mar associado. Esses incluem, mas não são limitados a, todo um sistema submarino de árvores, uma derivação múltipla submarina, uma terminação de extremidade de tubulação (PLET), um preventor de erupção (BOP), linhas de tubulações e de escoamento, âncoras, tubos ascendentes, pontos de contato, estacas de sucção, amarras, juntas de escorregamento, sistemas submarinos de processamento, e tubos conectores de interconectividade do poço para a conexão de transferência superficial e para o fundo do mar circundante. Os sistemas e métodos descritos aumentam a eficiência da capacidade de instalação e de monitoramento durante instalação, perfuração, estimulação de reservatório, construção, intervenção de poço, intervenção de poço sem tubo ascendente, teste de pressão de poço, e durante operações de tampadura e abandono de poço. Os métodos e dispositivos descritos utilizam um ou mais sistemas ópticos submarinos sem toque (incluindo sistemas a laser) para instalações, medidas e monitoramento de poços e de infraestruturas submarinas. O monitoramento de sistemas submarinos pode incluir mudanças de monitoramento em locais com o tempo.
[0078] De acordo com pelo menos algumas concretizações da presente invenção, a tecnologia abrange:
[0079] (1) Um método para colocar um objeto em um local desejado em um ambiente subaquático, compreendendo: determinar um local-alvo para um objeto, em que o local-alvo é no ambiente subaquático; e operar um sistema de posicionamento para projetar um alvo visível no local-alvo, em que o sistema de posicionamento é no ambiente subaquático.
[0080] (2) O método de (1), compreendendo ainda: geolocalizar o sistema de posicionamento, em que o local-alvo para o objeto é geolocalizado relativo ao sistema de posicionamento.
[0081] (3) O método de (2), em que a geolocalização do sistema de posicionamento inclui operar um sistema de laser para geolocalizar o sistema de posicionamento.
[0082] (4) O método de (2) ou (3), em que o sistema de posicionamento é geolocalizado por detecção de uma localização de um marco natural, uma estrutura ou uma característica relativo ao sistema de posicionamento.
[0083] (5) O método de qualquer um de (2) a (4), em que o sistema de posicionamento é geolocalizado usando balizas acústicas subaquáticas, com ou sem uma Unidade de Navegação Inercial em conjunto com o sistema de posicionamento.
[0084] (6) O método de qualquer um de (3) a (5), em que uma fonte de luz do sistema de laser produz luz a um comprimento de onda visível, em que o alvo visível é produzido por uso de luz da fonte de luz do sistema de laser.
[0085] (7) O método de qualquer um de (1) a (6), compreendendo ainda: um sistema de vídeo, em que o sistema de vídeo produz uma visão do alvo visível a um operador de pelo menos um de um guindaste e de um veículo subaquático, e em que o pelo menos um do guindaste e do veículo subaquático é usado para colocar o objeto no local de instalação desejado.
[0086] (8) O método de qualquer um de (1) a (7), compreendendo ainda: operar o sistema de posicionamento para determinar uma localização do objeto relativa ao local-alvo.
[0087] (9) O método de qualquer um de (1) a (8), em que o alvo visível projetado, no local-alvo, é um alvo virtual projetado em um monitor remoto além de um objeto virtual projetado no mesmo monitor remoto.
[0088] (10) O método de (9), em que o alvo virtual e o objeto estão contidos na memória do computador e são usados por um sistema autônomo par a colocação precisa do objeto.
[0089] (11) O método de qualquer um de (1) a (8), compreendendo ainda: movimentar o objeto na direção do local-alvo.
[0090] (12) O método de qualquer um de (1) a (8), compreendendo ainda: determinar uma diferença de posição e de orientação entre o objeto e o local-alvo; e transmitir a diferença de posição e de orientação determinada a um operador do equipamento de localização, que está sendo usado para movimentar o objeto na direção do local-alvo.
[0091] (13) O método de (12), em que o operador do equipamento de localização é um sistema automatizado.
[0092] (14) O método de (12) ou (13), compreendendo ainda transmitir avisos direcionais, velocidades de aproximação, alertas de proximidade e alarmes de colisão a um operador do equipamento de localização, que está sendo usado para movimentar e orientar o objeto para o local-alvo.
[0093] (15) O método de (14), em que o operador do equipamento de localização é um sistema automatizado.
[0094] (16) O método de qualquer um de (1) a (15), em que o local- alvo para o objeto é recebido como uma localização geográfica absoluta.
[0095] (17) O método de qualquer um de (1) a (16), em que o alvo visível é pelo menos um contorno parcial do local-alvo.
[0096] (18) O método de qualquer um de (1) a (17), em que o alvo visível indica um local de instalação desejado do objeto.
[0097] (19) O método de qualquer um de (1) a (18), em que, após o objeto ser colocado, o sistema de posicionamento mede e registra a velocidade de contato final, juntamente com a localização final e com quanto essas variam da localização ideal.
[0098] (20) O método de qualquer um de (1) a (8), em que, após o objeto ser colocado, o sistema de posicionamento captura e produz uma nuvem de pontos final do fundo do mar em torno do objeto para condições "como disposto", para comparação com futuras varreduras para exploração ou dragagem.
[0099] (21) O método de qualquer um de (1) a (20), em que vários sistemas de posicionamento são usados, em que cada sistema de posicionamento tem uma localização conhecida, em que cada sistema de posicionamento é operável para determinar uma localização de um objeto relativa ao sistema de posicionamento, em que cada sistema de posicionamento comunica as informações de localização a pelo menos outro sistema de posicionamento, e em que um ou mais sistemas de posicionamento projetam um alvo visível no local-alvo.
[00100] (22) O método de (21), em que cada sistema de posicionamento comunica as informações de localização a pelo menos outro sistema de posicionamento e ao objeto.
[00101] (23) O método de (21) ou (22), compreendendo ainda: vários objetos, em que uma localização de cada um dos objetos é determinada por um ou mais dos dispositivos de posicionamento.
[00102] (24) O método de qualquer um de (1) a (23), em que caracteres de referência são colocados no objeto para determinar com precisão a sua posição e a sua orientação com relação ao local-alvo.
[00103] (25) O método de qualquer um de (1) a (24), em que o sistema de posicionamento é geolocalizado por detecção de uma localização de um marco natural, uma estrutura ou uma característica relativo ao sistema de posicionamento.
[00104] (26) O método de (24) ou (25), em que pelo menos um exemplo dos caracteres de referência é colocado no marco natural, estrutura ou característica.
[00105] De acordo com outros aspectos da presente invenção, a tecnologia abrange:
[00106] (27) Um sistema para facilitar a colocação de objetos em um ambiente subaquático, compreendendo: uma fonte de luz; um dispositivo de projeção de imagem; uma memória, em que a memória armazena instruções para operação da fonte de luz e do dispositivo de projeção de imagem, e em que a memória armazena ainda dados relativos a um local-alvo; e um processador, em que o processador é operável para executar as instruções para operar o sistema, e em que as instruções fazem com que a fonte de luz e o dispositivo de projeção de imagem projetem um alvo visível dentro do local-alvo.
[00107] (28) O sistema de (27), em que a fonte de luz e o dispositivo de projeção de imagem são operados para obter os dados de nuvem de pontos e geolocalizar o sistema.
[00108] De acordo com mais outros aspectos da presente invenção,
a tecnologia abrange:
[00109] (29) Um sistema para facilitar o rastreio de objetos em um ambiente subaquático, compreendendo: uma fonte de luz; um dispositivo para coletar dados de nuvem de pontos; uma memória, em que a memória armazena instruções para operação da fonte de luz e do dispositivo, e em que a memória armazena ainda dados relativos a um local-alvo; e um processador, em que o processador é operável para executar as instruções para operar o sistema, e em que as instruções calculam as informações de posição e orientação do objeto para auxiliar no movimento do objeto a um local-alvo.
[00110] (30) O sistema de (29), em que o objeto subaquático é um ou mais veículos subaquáticos, e o sistema ajuda o veículo a se movimentar a um local-alvo, em uma atracação automatizada, em uma evitação de obstáculos, em operações de válvulas e em observações de válvulas.
[00111] (31) O sistema de (30), em que o sistema proporciona atualizações de posições de velocidade zero para o sistema de navegação de veículo, sem a necessidade de atracação mecânica.
[00112] A discussão precedente foi apresentada para fins de ilustração e descrição. Ainda mais, a descrição não é tencionada para limitar os sistemas e métodos descritos às formas apresentadas no presente relatório descritivo. Consequentemente, as variações e modificações associadas aos ensinamentos descritos acima, dentro da habilidade ou do conhecimento da técnica relevante, estão dentro do âmbito da presente invenção. As concretizações descritas acima são tencionadas ainda para explicar o melhor modo atualmente conhecido de praticar os sistemas e métodos descritos, e permitir que outros versados na técnica utilizem os sistemas e métodos descritos nessas ou em outras concretizações e com as várias modificações necessárias para aplicação ou uso particular.
Tem-se a intenção de que as reivindicações em anexo sejam consideradas como incluindo as concretizações alternativas a um modo permitido pela técnica anterior.

Claims (31)

REIVINDICAÇÕES
1. Método para colocar um objeto em um local desejado em um ambiente subaquático, caracterizado pelo fato de que compreende: determinar um local-alvo para um objeto, em que o local-alvo é no ambiente subaquático; e operar um sistema de posicionamento para projetar um alvo visível no local-alvo, em que o sistema de posicionamento é no ambiente subaquático.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: geolocalizar o sistema de posicionamento, em que o local- alvo para o objeto é geolocalizado relativo ao sistema de posicionamento.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a geolocalização do sistema de posicionamento inclui operar um sistema de laser para geolocalizar o sistema de posicionamento.
4. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o sistema de posicionamento é geolocalizado por detecção de uma localização de um marco natural, uma estrutura ou uma característica relativo ao sistema de posicionamento.
5. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o sistema de posicionamento é geolocalizado usando balizas acústicas subaquáticas, com ou sem uma Unidade de Navegação Inercial em conjunto com o sistema de posicionamento.
6. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que uma fonte de luz do sistema de laser produz luz a um comprimento de onda visível, em que o alvo visível é produzido por uso de luz da fonte de luz do sistema de laser.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um sistema de vídeo, em que o sistema de vídeo produz uma visão do alvo visível a um operador de pelo menos um de um guindaste e de um veículo subaquático, e em que o pelo menos um do guindaste e do veículo subaquático é usado para colocar o objeto no local de instalação desejado.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: operar o sistema de posicionamento para determinar uma localização do objeto relativa ao local-alvo.
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o alvo visível projetado, no local-alvo, é um alvo virtual projetado em um monitor remoto além de um objeto virtual projetado no mesmo monitor remoto.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o alvo virtual e o objeto estão contidos na memória do computador e são usados por um sistema autônomo para colocação precisa do objeto.
11. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: movimentar o objeto na direção do local-alvo.
12. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: determinar uma diferença de posição e de orientação entre o objeto e o local-alvo; e transmitir a diferença de posição e de orientação determinada a um operador do equipamento de localização, que está sendo usado para movimentar o objeto na direção do local-alvo.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o operador do equipamento de localização é um sistema automatizado.
14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda transmitir avisos direcionais, velocidades de aproximação, alertas de proximidade e alarmes de colisão a um operador do equipamento de localização, que está sendo usado para movimentar e orientar o objeto para o local-alvo.
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o operador do equipamento de localização é um sistema automatizado.
16. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o local-alvo para o objeto é recebido como uma localização geográfica absoluta.
17. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o alvo visível é pelo menos um contorno parcial do local- alvo.
18. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o alvo visível indica um local de instalação desejado do objeto.
19. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que, após o objeto ser colocado, o sistema de posicionamento mede e registra a velocidade de contato final, juntamente com a localização final e com quanto essas variam da localização ideal.
20. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que, após o objeto ser colocado, o sistema de posicionamento captura e produz uma nuvem de pontos final do fundo do mar em torno do objeto para condições "como disposto", para comparação com futuras varreduras para exploração ou dragagem.
21. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que vários sistemas de posicionamento são usados, em que cada sistema de posicionamento tem uma localização conhecida, em que cada sistema de posicionamento é operável para determinar uma localização de um objeto relativa ao sistema de posicionamento, em que um ou mais sistemas de posicionamento projetam um alvo visível no local-alvo.
22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que cada sistema de posicionamento comunica as informações de localização a pelo menos outro sistema de posicionamento e ao objeto.
23. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: vários objetos, em que uma localização de cada um dos objetos é determinada por um ou mais dos dispositivos de posicionamento.
24. Método, de acordo com a reivindicação 8 caracterizado pelo fato de que caracteres de referência são colocados no objeto para determinar com precisão a sua posição e a sua orientação com relação ao local-alvo.
25. Método, de acordo com a reivindicação 8 caracterizado pelo fato de que o sistema de posicionamento é geolocalizado por detecção de uma localização de um marco natural, uma estrutura ou uma característica relativo ao sistema de posicionamento.
26. Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que pelo menos um exemplo dos caracteres de referência é colocado no marco natural, estrutura ou característica.
27. Sistema para facilitar a colocação de objetos em um ambiente subaquático, caracterizado pelo fato de que compreende: uma fonte de luz; um dispositivo de projeção de imagem; uma memória, em que a memória armazena instruções para operação da fonte de luz e do dispositivo de projeção de imagem, e em que a memória armazena ainda dados relativos a um local-alvo; e um processador, em que o processador é operável para executar as instruções para operar o sistema, e em que as instruções fazem com que a fonte de luz e o dispositivo de projeção de imagem projetem um alvo visível dentro do local-alvo.
28. Sistema, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que a fonte de luz e o dispositivo de projeção de imagem são operados para obter os dados de nuvem de pontos e geolocalizar o sistema.
29. Sistema para facilitar o rastreio de objetos em um ambiente subaquático, caracterizado pelo fato de que compreende: uma fonte de luz; um dispositivo para coletar dados de nuvem de pontos; uma memória, em que a memória armazena instruções para operação da fonte de luz e do dispositivo, e em que a memória armazena ainda dados relativos a um local-alvo; e um processador, em que o processador é operável para executar as instruções para operar o sistema, e em que as instruções calculam as informações de posição e orientação do objeto para auxiliar no movimento do objeto a um local-alvo.
30. Sistema, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que o objeto subaquático é um ou mais veículos subaquáticos, e o sistema ajuda o veículo a se movimentar a um local-alvo, em uma atracação automatizada, em uma evitação de obstáculos, em operações de válvulas e em observações de válvulas.
31. Sistema, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o sistema proporciona atualizações de posições de velocidade zero para o sistema de navegação de veículo, sem a necessidade de atracação mecânica.
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