CN111239949A - 一种海底光缆作业装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海底光缆作业装置，该装置由船载终端、通信模块和外部设备组成。外部设备采集的外部信号经由数据接口送至通信模块，再通过通信桥输送到船载终端。船载终端包含电子海图显示与信息系统、海床图像采集识别系统、海床冲刷填埋控制系统和海缆起放抓钩装置控制系统。本发明将图像处理技术，特别是小目标图像去噪、小目标图像增强、小目标图像分割、小目标检测、目标图像跟踪、热成像技术等运用于海底光缆作业装置，有效解决了在海床上寻找海缆破损、断裂点难度很大等问题，作业装置还具有智能化程度高，能够快速定位、起放、修复海缆，作业效率高，具有很高的经济价值。

Description

一种海底光缆作业装置

技术领域

本发明属于有线传输系统技术领域，具体涉及一种专用于海底光缆作业领域的系统装置。

背景技术

海底光缆的铺设和维修工程是世界各国公认的复杂困难的大型工程。当发生地震、海啸等自然灾害，或人工船舶航行事故时会导致光缆破损、断裂等情况，此时需要在深度范围从几百米到几千米的海床上快速找到直径不到10cm的海缆，并将海缆从海床上抓起，拖曳至作业维修船舶。

因此客观上需要一种能够快速完成对海缆进行定位、起抓等操作，随后作业船舶对破损、断裂处快速修复以提高作业效率的海底光缆作业装置。

发明内容

本发明针对现有传统海缆作业装置技术的缺陷，提出以电子海图系统ECDIS(Electronic Chart Display and Information System)为基础显示平台，以GPS、北斗系统为定位手段，结合计算机技术、电子海图技术、压缩技术、通信桥、图像处理技术等技术手段，将视频通信、电子北斗卫星通信有机结合到一起，能够实时获取船舶动态数据、光缆位置信息数据、海床图像信息数据，从而实现海缆快速定位、标记、起抓、修复。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种海底光缆作业装置，该装置由船载终端、通信模块和外部设备组成。外部设备采集的外部信号经由数据接口送至通信模块，再通过通信桥输送到船载终端。船载终端包含电子海图显示与信息系统、海床图像采集识别系统、海床冲刷填埋控制系统和海缆起放抓钩装置控制系统。

所述电子海图显示与信息系统分布于作业船舶的计算机终端，将船舶动态航行、海况环境数据与前置敷设海底光缆路线数据拟合分析比对，实时记录、显示船舶动态航行数据。

所述海床图像采集识别系统的前端装置为外部设备中的高清水下摄像机和灯光装置，采集的海床图像信息通过通信桥传输给船载终端上的海床图像采集识别系统，供船舶操作人员了解海床地理地貌特征信息，精确定位海底光缆。

所述海床冲刷填埋控制系统由高压水枪装置、水压控制装置及控制阀门组成，通过电子海图显示与信息系统和海床图像采集识别系统精确定位海底光缆之后，调节控制阀门，利用高压水枪装置产生的水柱的力量，对敷设于海缆上面的泥沙进行冲刷使得海缆离开海床。

所述海缆起放抓钩装置控制系统由抓钩起放伸缩控制模块、抓钩起放伸缩折叠装置和固定海缆装置组成，对于海床上冲刷后的海缆进行抓钩抓住和锁接固定操作。

所述外部设备包含定位装置、风向风速仪、测深仪、计程仪航行装置、高清水下摄像机和灯光装置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明将图像处理技术，特别是小目标图像去噪、小目标图像增强、小目标图像分割、小目标检测、目标图像跟踪、热成像技术等运用于海底光缆作业装置，解决了在海床上寻找海缆破损、断裂点难度很大等问题。

2.采用了先进的系统集成技术和新工艺，自动高压冲刷海床装置、海缆抓钩装置、图像传输装置成一体，结构紧凑，适合于海况比较复杂的海上使用。

3.作业装置智能化程度高，能够快速定位、起放、修复海缆，作业效率高，具有很高的经济价值。

4.装置操作简单、结构紧凑，对操作人员没有特定的技术要求，节省了专业作业人员的培训周期及培训费用。

附图说明

图1为本发明系统的组成结构图；

图2为海底光缆作业装置的结构示意图；

图中附图标记的含义：

1-作业船舶；2-北斗天线；3-GPS天线；4-风向风速仪；5-测深仪；6-计程仪；7-计算机终端；8-通信模块；9-海床冲刷填埋控制设备；10-压力控制模块；11-控制阀门；12-冲刷枪头；13-海缆起放抓钩装置；14-抓钩铰链节点；15-双排抓钩；16-海床图像采集识别系统；17-灯光装置；18-水下摄像机；19-海床；20-海底光缆。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的系统从总体结构上由外部设备、通信模块和船载终端3部分组成。

其中，所述船载终端3包含以下四个子系统：

1.电子海图显示与信息系统(ECDIS)

电子海图显示与信息系统(ECDIS)分布于作业船舶的计算机终端。作业船舶配备北斗、GPS定位装置，配备风向风速仪、测深仪、计程仪航行装置，拟合海底光缆敷设路线，通过数据接口传输数据信息至通信模块，在电子海图系统实时记录、显示船舶动态航行数据。电子海图显示与信息系统(ECDIS)将船舶动态航行、海况环境等数据与前置敷设海底光缆路线数据拟合分析、比对显示。矢量格式的ECDIS采用海军航保部出版的Shape数据标准的数字海图，供操作人员确定海底光缆位置提供参考信息。

2.海床图像采集识别系统

高清水下摄像机和灯光装置，是海床图像采集识别系统的前端装置。高清水下摄像机和灯光装置配合使用，海床图像信息通过通信桥传输给船载终端上的海床图像采集识别系统，船舶操作人员通过识别系统可清晰了解海床地理地貌特征信息，实现精确定位海底光缆。高清水下摄像机利用物体辐射产生红外能量转为电信号，形成图像。海床图像信号在产生、传输和记录过程中，会受到各种噪声干扰，形成带噪图像。然而带噪图像分辨不清，具体实施时需要对图像进行目标分类、图像分割，形成多个图像小目标。采用边缘检测、特征提取、模式设别等处理，清晰分辨各个目标的图像。图像处理综合运用了小目标图像去噪、小目标图像增强、小目标图像分割、小目标检测、目标图像跟踪、热成像技术，将其运用于海底光缆作业装置，以解决在海床上寻找海缆破损、断裂点难度很大的问题。

3.海床冲刷填埋控制系统

海床冲刷填埋控制系统由高压水枪装置、水压控制装置及调节阀门组成。

海底光缆敷设于海床19中，经过长时间的海底水流冲击，海床表面泥沙流动，有的地方敷设深度加深，有的地方敷设深度变浅。通过电子海图显示与信息系统和海床图像采集识别系统精确定位海底光缆20之后，调节控制阀门，利用高压水柱的力量，把敷设于海缆上面泥沙冲刷流动，海缆可离开海床。

4.海缆起放抓钩装置控制系统

海缆起放抓钩装置控制系统由抓钩起放伸缩控制模块、抓钩起放伸缩折叠装置和固定海缆装置组成。海床上冲刷好的海缆，利用抓钩抓住，后进行锁接固定，船舶操作人员可将海缆起于海面进行修复。

本发明海底光缆作业装置的一个实施例的结构示意图如图2所示，作业船舶1上配备有大量的外部设备，包括定位装置，优选为北斗天线2、GPS天线3，风向风速仪4，测深仪5，计程仪6。

作业船舶1还配置有运行电子海图显示与信息系统的计算机终端7。

通信模块8，如图1所示包括第一数据采集模块，对应的是来自定位装置如北斗天线2、GPS天线3，风向风速仪4，测深仪5，计程仪6的输入信号；还包括第二数据采集模块，对应的是来自高清水下摄像机和灯光装置的信号。

海床冲刷填埋控制设备9包含压力控制模块10、控制阀门11和冲刷枪头12，压力模块是通过水下实际压力采集传感器提供的数值，实时传输给计算机终端，后在计算机终端与控制阀门的开关流量模型比对，从而实现控制阀门打开水流量，冲刷枪头根据阀门水流量度进行出水冲刷海床，冲刷的强度由计算机终端实时控制调节。

海缆起放抓钩装置13包含抓钩铰链节点14和双排抓钩15。起放抓钩装置13由计算机终端控制，抓钩铰链节点14对抓钩进行折弯、伸直操作，双排抓钩15对海底光缆20进行闭合、张开，从而实现对海底光缆的起、放操作，实现海底光缆拖曳至海面、放置于海底等作业。

海床图像采集识别系统16包含灯光装置17和高清水下摄像机18，通过二者配合使用采集的海床图像信息通过通信桥传输给船载终端上的海床图像采集识别系统，船舶操作人员通过识别系统可清晰了解海床地理地貌特征信息，实现精确定位海底光缆。

综上所述，本发明具有以下的优点：

一、图像处理技术综合使用了小目标图像去噪、小目标图像增强、小目标图像分割、小目标检测、目标图像跟踪、热成像技术，将其运用于海底光缆作业装置，以解决在海床上寻找海缆破损、断裂点难度很大的问题。

二、采用了较为先进的系统集成技术和新工艺，自动高压冲刷海床装置、海缆抓钩装置、图像传输装置成一体，结构紧凑，适合于海况比较复杂的海上使用。

三、作业装置智能化程度高，能够快速定位、起放、修复海缆，作业效率高，具有很高的经济价值。

四、该装置操作简单、结构紧凑，对操作人员没有特定的技术要求，节省了专业作业人员的培训周期及培训费用。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。因此如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，对本发明作出的改进均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种海底光缆作业装置，其特征在于由船载终端、通信模块和外部设备组成，所述外部设备采集的外部信号经由数据接口送至通信模块，再通过通信桥输送到船载终端，所述船载终端包含电子海图显示与信息系统、海床图像采集识别系统、海床冲刷填埋控制系统和海缆起放抓钩装置控制系统。

2.根据权利要求1所述的海底光缆作业装置，其特征在于所述电子海图显示与信息系统分布于作业船舶的计算机终端，将船舶动态航行、海况环境数据与前置敷设海底光缆路线数据拟合分析比对，实时记录、显示船舶动态航行数据。

3.根据权利要求1所述的海底光缆作业装置，其特征在于所述海床图像采集识别系统的前端装置为外部设备中的高清水下摄像机和灯光装置，采集的海床图像信息通过通信桥传输给船载终端上的海床图像采集识别系统，供船舶操作人员了解海床地理地貌特征信息，精确定位海底光缆。

4.根据权利要求1所述的海底光缆作业装置，其特征在于所述海床冲刷填埋控制系统由高压水枪装置、水压控制装置及控制阀门组成，通过电子海图显示与信息系统和海床图像采集识别系统精确定位海底光缆之后，调节控制阀门，利用高压水枪装置产生的水柱的力量，对敷设于海缆上面的泥沙进行冲刷使得海缆离开海床。

5.根据权利要求1所述的海底光缆作业装置，其特征在于所述海缆起放抓钩装置控制系统由抓钩起放伸缩控制模块、抓钩起放伸缩折叠装置和固定海缆装置组成，对于海床上冲刷后的海缆进行抓钩抓住和锁接固定操作。

6.根据权利要求1所述的海底光缆作业装置，其特征在于所述外部设备包含定位装置、风向风速仪、测深仪、计程仪航行装置、高清水下摄像机和灯光装置。

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