CN105651264B - 一种海底电缆探测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种海底电缆探测系统，包括：水上控制及数据处理单元，用于对水下机器人进行操作控制，同时，用于对通过安装在水下机器人上的探测单元获得的数据进行处理；水下执行及探测单元，包括水下机器人，其特征在于，在水下机器人上同时安装有电缆放音接收系统及多波束探测系统，由水上控制及数据处理单元将通过电缆放音接收系统得到的海底电缆数据及通过多波束探测系统得到的海底地形数据相结合，生成3D模型。本发明能更好的确认电缆相对埋设深度，更精确的电缆位置，为海底电缆检测及调查提供新的方法，也为后期修理或补救(抛石，填沙袋等)提供更精准的数据。

Description

一种海底电缆探测系统
技术领域
本发明涉及一种将电缆放音探测系统与多波束探测系统相结合，利用水下机器人及其携带的各种探测设备进行系统的高精度的检测和调查海底电缆故障、埋设状况，进行海底地形地貌测绘等作业。
背景技术
近些年随着计算机技术和生产力的不断进步，海洋探测设备趋于小型化、模块化，海洋数据采集也趋于系统化。传统的依靠母船拖拽海底探测设备来对已有海底电缆进行故障探测、埋设状况、海底地形测绘等作业也面临着探测深度有限、数据单一、精度不足、易受到海况、潮流、海底大型障碍物等因素影响。特别是近海沿岸，海洋运输、渔业活动频繁，裸露的海底电缆极易因各种海洋活动而产生故障。因此，近海沿岸的海底电缆(动力电缆、光通信电缆)都会进行后埋设处理，可以达到保护海底电缆的目的，但是这样也会造成以下问题：
由于海底地貌，地质各不相同，实际埋设的深度也不会一样。由于传统的数据比较单一，探测深度不足，对故障区域或者埋设深度不达标的区域的地形地貌不能很好地与海底电缆位置结合建立模型，不能为进一步采取修理或者补救措施提供精确位置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为海底电缆检测及调查提供新的方法，也为后期修理或补救(抛石，填沙袋等)提供更精准的数据。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种海底电缆探测系统，包括：
水上控制及数据处理单元，用于对水下机器人进行操作控制，同时，用于对通过安装在水下机器人上的探测单元获得的数据进行处理；
水下执行及探测单元，包括水下机器人，其特征在于，在水下机器人上同时安装有电缆放音接收系统及多波束探测系统，由水上控制及数据处理单元将通过电缆放音接收系统得到的海底电缆数据及通过多波束探测系统得到的海底地形数据相结合，生成3D模型；
水下机器人上还安装有各种探测单元、USBL信标、水下机器人惯性导航系统、多普列速度仪、深度仪、声速仪及剖面声速仪，各种探测单元、USBL信标、水下机器人惯性导航系统、多普列速度仪、深度仪、声速仪、剖面声速仪、多波束探测系统及电缆放音接收系统与探测单元水下数据采集终端相连，探测单元水下数据采集终端与水下机器人水下数据采集终端相连，水下机器人水下数据采集终端连接所述水上控制及数据处理单元。
优选地，所述水上控制及数据处理单元包括GPS模块、母船USBL系统、母船姿态仪、母船高精度电罗经、大气压力计、水下机器人水上数据采集中心、水上实时数据采集交换终端、实时数据传输终端、导航及调查数据采集终端、作业现场初步数据处理终端、多波束结合电缆放音生成初步电缆位置3D图终端、原始数据采集及备份设备、水下机器人录像及电缆放音记录数据采集设备、导航及调查数据处理终端、内业处理终端、电缆及电缆周围最终3D模型图生成终端，GPS模块、母船USBL系统、母船姿态仪、母船高精度电罗经、实时数据传输终端、导航及调查数据采集终端及作业现场初步数据处理终端与水上实时数据采集交换终端相连，水下机器人水上数据采集中心通过光纤与实时数据传输终端相连，原始数据采集及备份设备连接导航及调查数据采集终端、作业现场初步数据处理终端、内业处理终端，导航及调查数据采集终端连接导航及调查数据处理终端，导航及调查数据处理终端与水下机器人录像及电缆放音记录数据采集设备相连，作业现场初步数据处理终端连接多波束结合电缆放音生成初步电缆位置3D图终端及内业处理终端，内业处理终端连接电缆及电缆周围最终3D模型图生成终端。
优选地，至少有两台所述GPS模块，同时接收差分信号。
优选地，至少有两台所述母船高精度电罗经。
本发明将电缆放音接收系统与多波束探测系统相结合，可以得到海底电缆左右一定范围内的海底平均参考面，能解算出海底电缆相对于这个参考面的埋设深度，从而能更好的确认电缆相对埋设深度，更精确的电缆位置，为海底电缆检测及调查提供新的方法，也为后期修理或补救(抛石，填沙袋等)提供更精准的数据。
附图说明
图1为本发明中水上控制及数据处理单元的示意图；
图2为本发明中水下执行及探测单元的示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明提供的系统主要由两部分组成：水上部分和水下部分，各部分又由不同功能的设备组成，通过不同种类数据线连接。水上部分与水下部分通过光纤和供电电源线与母船连接。
如图1所示，水上部分包括GPS模块1、母船USBL系统2、母船姿态仪3、母船高精度电罗经4、大气压力计5、水下机器人水上数据采集中心6、水上实时数据采集交换终端7、实时数据传输终端8、导航及调查数据采集终端9、作业现场初步数据处理终端10、多波束结合电缆放音生成初步电缆位置3D图终端11、原始数据采集及备份设备12、水下机器人录像及电缆放音记录数据采集设备13、导航及调查数据处理终端14、内业处理终端15、电缆及电缆周围最终3D模型图生成终端16，GPS模块1、母船USBL系统2、母船姿态仪3、母船高精度电罗经4、实时数据传输终端8、导航及调查数据采集终端9及作业现场初步数据处理终端10与水上实时数据采集交换终端7相连，水下机器人水上数据采集中心6通过光纤与实时数据传输终端8相连，原始数据采集及备份设备12连接导航及调查数据采集终端9、作业现场初步数据处理终端10、内业处理终端15，导航及调查数据采集终端9连接导航及调查数据处理终端14，导航及调查数据处理终端14与水下机器人录像及电缆放音记录数据采集设备13相连，作业现场初步数据处理终端10连接多波束结合电缆放音生成初步电缆位置3D图终端11及内业处理终端15，内业处理终端15连接电缆及电缆周围最终3D模型图生成终端16。
至少两台GPS模块1，同时接收差分信号。母船上GPS接收天线的相对位置要进行全站仪测绘输入导航定位软件，GPS接收机作业前要通过已知点进行检验和校准，差分信号要进行稳定性检测。母船高精度电罗经4，最好有两台，作业前要通过已知点进行校正。随后通过校正好的母船高精度电罗经4来检验和校正水下机器人罗经。
母船USBL系统2接收发射探头的艏向及前后左右角度要进行修正和检测。
如图2所示，水下部分包括：水下机器人、USBL信标17、水下机器人惯性导航INS系统18、多普列速度仪19、深度仪20、声速仪21、剖面声速仪22、多波束探测系统单元一23、多波束探测系统单元二24、电缆放音接收系统TSS35025、探测单元水下数据采集终端26、水下机器人ROV水下数据采集终端27。
在水下机器人上同时安装有电缆放音接收系统25及多波束探测系统23、24，由水上控制及数据处理单元将通过电缆放音接收系统25得到的海底电缆数据及通过多波束探测系统23、24得到的海底地形数据相结合，生成3D模型。
水下机器人上还安装有各种探测单元、USBL信标17、水下机器人惯性导航系统18、多普列速度仪19、深度仪20、声速仪21及剖面声速仪22，各种探测单元、USBL信标17、水下机器人惯性导航系统18、多普列速度仪19、深度仪20、声速仪21、剖面声速仪22、多波束探测系统23、24及电缆放音接收系统25与探测单元水下数据采集终端26相连，探测单元水下数据采集终端26与水下机器人水下数据采集终端27相连，水下机器人水下数据采集终端27连接所述水上控制及数据处理单元。
水上部分传输数据，一般25米以内采用R232，25米以上采用R485转R232，网线和光纤传输。其中GPS模块一和GPS模块二1，母船USBL系统2，母船姿态仪3，母船高精度电罗经4，大气压力计5，通过R232接入水上实时数据采集交换终端7。实时数据传输终端8通过网线接入实时数据采集交换终端7。由于ROV操作间与母船驾驶台之间较远，又需要传输数据的实时性，优选地，这二者之间的信号采用光纤传输。水上实时数据采集交换终端7通过网线接入导航及调查数据采集终端9和作业现场初步数据处理终端10。导航及调查数据采集终端9，作业现场初步数据处理终端10，原始数据采集及备份设备12，ROV录像及TSS记录数据采集设备13，导航及调查数据处理终端14，通过网线互联。作业现场初步数据处理终端10和多波束结合TSS生成初步电缆位置3D图终端11可以共用一台终端设备。将作业现场初步数据处理10和原始数据采集及备份数据12，交由内业处理终端15进行内业处理，生成电缆及电缆周围最终3D模型图16。
水下部分包含水下机器人及其上携带的探测设备和水下到水上的数据传输部分。其中水下机器人惯性导航系统18，多普列速度仪19，深度仪20，声速仪21，剖面声速仪22，多波束探测系统单元一23，多波束探测系统单元二24，电缆放音接收系统25通过电源线，RS232和网线接入水下机器人上的探测单元水下数据采集终端26，再通过光纤接入水下机器人水下数据采集终端27以确保数据的流量和实时性。
装在水下机器人的USBL信标17最少有两个，并且固定在水下机器人易接收且能被保护的不同位置。水下机器人惯性导航系统18及多普列速度仪19要进行海底最少500米距离验证。
对水下机器人进行测绘，测绘出USBL信标17，多波束探测系统23、24，电缆放音接收系统25的相对位置，输入到定位导航及相关软件。多波束探测系统23、24的艏向及前后左右角度要进行修正和检测，要进行海底障碍物探测验证。

Claims (4)

1.一种海底电缆探测系统，包括：
水上控制及数据处理单元，用于对水下机器人进行操作控制，同时，用于对通过安装在水下机器人上的探测单元获得的数据进行处理；
水下执行及探测单元，包括水下机器人，其特征在于，在水下机器人上同时安装有电缆放音接收系统（25）及多波束探测系统（23、24），由水上控制及数据处理单元将通过电缆放音接收系统（25）得到的海底电缆数据及通过多波束探测系统（23、24）得到的海底地形数据相结合，生成3D模型；
水下机器人上还安装有USBL信标（17）、水下机器人惯性导航系统（18）、多普列速度仪（19）、深度仪（20）、声速仪（21），USBL信标（17）、水下机器人惯性导航系统（18）、多普列速度仪（19）、深度仪（20）、声速仪（21）、多波束探测系统（23、24）及电缆放音接收系统（25）与探测单元水下数据采集终端（26）相连，探测单元水下数据采集终端（26）与水下机器人水下数据采集终端（27）相连，水下机器人水下数据采集终端（27）连接所述水上控制及数据处理单元。
2.如权利要求1所述的一种海底电缆探测系统，其特征在于，所述水上控制及数据处理单元包括GPS模块（1）、母船USBL系统（2）、母船姿态仪（3）、母船高精度电罗经（4）、大气压力计（5）、水下机器人水上数据采集中心（6）、水上实时数据采集交换终端（7）、实时数据传输终端（8）、导航及调查数据采集终端（9）、作业现场初步数据处理终端（10）、多波束结合电缆放音生成初步电缆位置3D图终端（11）、原始数据采集及备份设备（12）、水下机器人录像及电缆放音记录数据采集设备（13）、导航及调查数据处理终端（14）、内业处理终端（15）、电缆及电缆周围最终3D模型图生成终端（16），GPS模块（1）、母船USBL系统（2）、母船姿态仪（3）、母船高精度电罗经（4）、实时数据传输终端（8）、导航及调查数据采集终端（9）及作业现场初步数据处理终端（10）与水上实时数据采集交换终端（7）相连，水下机器人水上数据采集中心（6）通过光纤与实时数据传输终端（8）相连，原始数据采集及备份设备（12）连接导航及调查数据采集终端（9）、作业现场初步数据处理终端（10）、内业处理终端（15），导航及调查数据采集终端（9）连接导航及调查数据处理终端（14），导航及调查数据处理终端（14）与水下机器人录像及电缆放音记录数据采集设备（13）相连，作业现场初步数据处理终端（10）连接多波束结合电缆放音生成初步电缆位置3D图终端（11）及内业处理终端（15），内业处理终端（15）连接电缆及电缆周围最终3D模型图生成终端（16）。
3.如权利要求2所述的一种海底电缆探测系统，其特征在于，至少有两台所述GPS模块（1），同时接收差分信号。
4.如权利要求2所述的一种海底电缆探测系统，其特征在于，至少有两台所述母船高精度电罗经（4）。
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