CN221054816U - 一种海底掩埋管道自主巡线系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及管道巡检技术领域，公开了一种海底掩埋管道自主巡线系统，包括：水下载体平台包括控制模块、水平推进器和垂直推进器，第一磁探测仪和第二磁探测仪设于水下载体平台上，且第一磁探测仪和第二磁探测仪处于同一水平面，第一磁探测仪用于检测自身与海底管道之间的第一距离，第二磁探测仪用于检测自身与海底管道之间的第二距离，控制模块用于调控水平推进器和垂直推进器使第一距离和第二距离差值的绝对值不超过预设值，以对水下载体平台的自主巡线路径进行纠偏。利用磁探测仪能够在海水能见度低和管道掩埋工况下探测到管道，从而能够对海底管道的自主巡线路径进行纠偏，提高自主巡线的精度。

Description

一种海底掩埋管道自主巡线系统

技术领域

本申请涉及管道巡检技术领域，特别是涉及一种海底掩埋管道自主巡线系统。

背景技术

水下管道作为运输液体、气体或松散固体的重要载体，不受水深、地形等条件限制，具有输送效率高、耗能少等优点，但由于其大多数埋于水下，检查和维修较困难。

由于海洋动力影响导致海底管道实际位置与原始路由坐标存在偏差，若只利用原始坐标规划的路径进行巡线，会偏离实际管道。现有的海洋管道巡检机器人，通过自带的摄像头对图像进行线性处理并将处理后的信息传递给主控板，主控板通过控制调整水平推进器和垂直推进器，完成对工作过程中角度的修正，进而使得该机器人始终沿石油管道进行运动。但是通过摄像头进行海底管道图像识别和巡线过程自动纠偏，从而保证机器人始终沿管道运动。传统视觉图像纠偏方法无法适用于海水能见度低和管道掩埋工况下的海底管道巡检。

因此，如何在海水能见度低和管道掩埋工况下的对海底管道巡检路线进行纠偏是本领域技术人员所需要解决的问题。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种海底掩埋管道自主巡线系统，用于解决传统视觉图像纠偏方法无法适用于海水能见度低和管道掩埋工况下的海底管道巡检。

为解决上述技术问题，本申请提供一种海底掩埋管道自主巡线系统，包括：水下载体平台、第一磁探测仪和第二磁探测仪；

所述水下载体平台包括控制模块、水平推进器和垂直推进器，所述第一磁探测仪和所述第二磁探测仪设于所述水下载体平台上，且所述第一磁探测仪和所述第二磁探测仪处于同一水平面，所述第一磁探测仪用于检测自身与海底管道之间的第一距离，所述第二磁探测仪用于检测自身与所述海底管道之间的第二距离，所述控制模块分别与所述水平推进器、所述垂直推进器、所述第一磁探测仪和所述第二磁探测仪通信连接，用于调控所述水平推进器和所述垂直推进器使所述第一距离和所述第二距离差值的绝对值不超过预设值，以对所述水下载体平台的自主巡线路径进行纠偏。

可选的，还包括与所述控制模块连接的第三磁探测仪和高度计，所述第三磁探测仪位于所述第一磁探测仪和所述第二磁探测仪中间，所述第三磁探测仪用于检测自身与海底管道的第一垂直距离，所述高度计用于检测自身与海底泥面的第二垂直距离，所述控制模块用于根据所述第一垂直距离和所述第二垂直距离确定海底管道埋深。

可选的，还包括控制单元、GPS定位模块、作业船舶、水声换能器和水下应答信标，所述控制单元和所述GPS定位模块设于所述作业船舶上，所述水声换能器设于所述作业船舶的底部，所述水下应答信标设于所述水下载体平台的顶部，所述水声换能器的发射器用于向所述水下应答信标发送第一声脉冲，所述水下应答信标用于接收到所述第一声脉冲后回发第二声脉冲，所述GPS定位模块用于确定所述作业船舶的第一GPS坐标，所述控制单元分别与所述GPS定位模块、所述水声换能器、所述水下应答信标和所述控制模块通信连接，用于根据所述第一声脉冲和所述第二声脉冲的时延差和相位差确定所述水下载体平台与所述作业船舶的相对位置坐标，并根据所述第一GPS坐标和所述相对位置坐标确定所述水下载体平台的第二GPS坐标。

可选的，所述水下载体平台的底部还设有侧扫声呐，所述侧扫声呐与所述控制模块通信连接，用于海底管道埋设状况和裸露状况的成像。

可选的，所述水下载体平台包括主体框架和耐压舱体，所述控制模块设于所述耐压舱体的内部，所述水平推进器和所述垂直推进器安装在所述主体框架上。

可选的，所述水下载体平台还包括与所述控制模块连接的惯导系统，所述惯导系统用于检测所述水下载体平台的姿态和位置。

可选的，所述惯导系统包括陀螺仪和加速度计。

可选的，所述控制单元通过脐带缆和所述控制模块通信连接。

本申请所提供的一种海底掩埋管道自主巡线系统，包括：水下载体平台、第一磁探测仪和第二磁探测仪；水下载体平台包括控制模块、水平推进器和垂直推进器，第一磁探测仪和第二磁探测仪设于水下载体平台上，且第一磁探测仪和第二磁探测仪处于同一水平面，第一磁探测仪用于检测自身与海底管道之间的第一距离，第二磁探测仪用于检测自身与海底管道之间的第二距离，控制模块分别与水平推进器、垂直推进器、第一磁探测仪和第二磁探测仪通信连接，用于调控水平推进器和垂直推进器使第一距离和第二距离差值的绝对值不超过预设值，以对水下载体平台的自主巡线路径进行纠偏。利用磁探测仪能够在海水能见度低和管道掩埋工况下探测到管道，从而能够对海底管道的自主巡线路径进行纠偏，提高自主巡线的精度。此外，也为海底管道后续的巡检工作提供基础资料，提高海底管道安全管理水平。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种海底掩埋管道自主巡线系统的俯视图；

图2为本申请实施例提供的一种海底掩埋管道自主巡线系统的结构图；

图3为本申请实施例提供的一种海底掩埋管道自主巡线系统的示意图；

图4为本申请实施例提供的一种海底掩埋管道自主巡线方法的流程图；

图5为本申请实施例提供的一种海底管道埋深检测的示意图；

附图标记如下：1为水下载体平台、101为控制模块、102为水平推进器、103为垂直推进器、2为第一磁探测仪、3为第二磁探测仪、4为第三磁探测仪、5为惯导系统、6为控制单元、7为GPS定位模块、8为水声换能器、9为水下应答信标、10为高度计、11为侧扫声呐、12为脐带缆。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护范围。

本申请的核心是提供一种海底掩埋管道自主巡线系统，用于在海水能见度低和管道掩埋工况下的对海底管道巡检路线进行纠偏。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

图1为本申请实施例提供的一种海底掩埋管道自主巡线系统的俯视图，图2为本申请实施例提供的一种海底掩埋管道自主巡线系统的结构图，图3为本申请实施例提供的一种海底掩埋管道自主巡线系统的示意图，如图1至图3所示，一种海底掩埋管道自主巡线系统，包括：水下载体平台1、第一磁探测仪2和第二磁探测仪3；水下载体平台1包括控制模块101、水平推进器102和垂直推进器103，第一磁探测仪2和第二磁探测仪3设于水下载体平台1上，且第一磁探测仪2和第二磁探测仪3处于同一水平面，第一磁探测仪2用于检测自身与海底管道之间的第一距离，第二磁探测仪3用于检测自身与海底管道之间的第二距离，控制模块101分别与水平推进器102、垂直推进器103、第一磁探测仪2和第二磁探测仪3通信连接，用于调控水平推进器102和垂直推进器103使第一距离和第二距离差值的绝对值不超过预设值，以对水下载体平台1的自主巡线路径进行纠偏。

本申请实施例对水下载体平台1的构造不作具体限定，水下载体平台1位于水下，是自主巡线系统的执行装置。具体的，水下载体平台1包括主体框架和耐压舱体，控制模块101设于耐压舱体的内部，水平推进器102和垂直推进器103安装在主体框架上，水平推进器102和垂直推进器103主要为水下载体平台1提供动力；将控制模块101安装于耐压舱体，可有效防止海底的压力对控制模块101造成破坏。本申请实施例对第一磁探测仪2和第二磁探测仪3的安装位置和形状不作具体限定，如图1所示，第一磁探测仪2和第二磁探测仪3可通过专用支架安装在水下载体平台1的头部，第一磁探测仪2和第二磁探测仪3相平行且位于同一水平面上。水下载体平台1根据自主巡线路径行进，在此过程中，控制模块101根据第一磁探测仪2检测的第一距离和第二磁探测仪3检测的第二距离调控水平推进器102和垂直推进器103，以调整水下载体平台1的姿态与位置，使第一距离和第二距离值的绝对值不超过预设值，从而保证水下载体平台1一直沿着海底管道的轴线方向，且完成对自主巡线路径的纠偏。

本申请实施例所提供的一种海底掩埋管道自主巡线系统，包括：水下载体平台、第一磁探测仪和第二磁探测仪；水下载体平台包括控制模块、水平推进器和垂直推进器，第一磁探测仪和第二磁探测仪设于水下载体平台上，且第一磁探测仪和第二磁探测仪处于同一水平面，第一磁探测仪用于检测自身与海底管道之间的第一距离，第二磁探测仪用于检测自身与海底管道之间的第二距离，控制模块分别与水平推进器、垂直推进器、第一磁探测仪和第二磁探测仪通信连接，用于调控水平推进器和垂直推进器使第一距离和第二距离差值的绝对值不超过预设值，以对水下载体平台的自主巡线路径进行纠偏。利用磁探测仪能够在海水能见度低和管道掩埋工况下探测到管道，从而能够对海底管道的自主巡线路径进行纠偏，提高自主巡线的精度。此外，也为海底管道后续的巡检工作提供基础资料，提高海底管道安全管理水平。

基于上述实施例，本申请实施例还包括与控制模块101连接的第三磁探测仪4和高度计10，第三磁探测仪4位于第一磁探测仪2和第二磁探测仪3中间，第三磁探测仪4用于检测自身与海底管道的第一垂直距离，高度计10用于检测自身与海底泥面的第二垂直距离，控制模块101用于根据第一垂直距离和第二垂直距离确定海底管道埋深。

本申请实施例对控制模块101与磁探测仪(第一磁探测仪2、第二磁探测仪3和第三磁探测仪4)通信连接方式不作具体限定，控制模块101可以是利用水下线缆与磁探测仪建立通信。关于如何根据第一垂直距离和第二垂直距离确定海底管道埋深，还需要根据第三磁探测仪4和高度计10的相对位置而定。例如，当第三磁探测仪4和高度计10设置在同一高度，且水平方向上的距离较小到可以忽略不计时，可以将第一垂直距离和第二垂直距离的差值作为海底管道埋深；若高度计10位于第三磁探测仪4的下方，水平方向上的距离较小到可以忽略不计时，在得到的第一垂直距离和第二垂直距离差值后，差值减去第三磁探测仪4和高度计10在垂直方向上的距离才是海底管道埋深；若高度计10和三磁探测仪4在水平方向还存在距离，还需要考虑检测第一垂直距离和第二垂直距离的时间间隔，以保证高度计10和三磁探测仪4是在水平方向上的同一位置检测的。

本申请实施例通过利用高度计10和三磁探测仪4能够在浑浊水下检测出海底管道埋深，为海底管道的安全管理提供理论基础；并且，基于上述自主路线的纠偏还能够提高海底管道埋深检测的准确性。

基于上述实施例，本申请实施例还包括控制单元6、GPS定位模块7、作业船舶、水声换能器8和水下应答信标9，控制单元6和GPS定位模块7设于作业船舶上，水声换能器8设于作业船舶的底部，水下应答信标9设于水下载体平台1的顶部，水声换能器8的发射器用于向水下应答信标9发送第一声脉冲，水下应答信标9用于接收到第一声脉冲后回发第二声脉冲，GPS定位模块7用于确定作业船舶的第一GPS坐标，控制单元6分别与GPS定位模块101、水声换能器8、水下应答信标9和控制模块101通信连接，用于根据第一声脉冲和第二声脉冲的时延差和相位差确定水下载体平台1与作业船舶的相对位置坐标，并根据第一GPS坐标和相对位置坐标确定水下载体平台1的第二GPS坐标。

如图2所示，本申请实施例控制单元6可以利用脐带缆12与水下载体平台1的控制模块101连接，控制单元6通过脐带缆12把控制指令传输给水下载体平台1，例如，将自主巡线路径通过脐带缆12传输到控制模块101，水下载体平台1可按照规划的自主巡线路径行进，水下载体平台1通过脐带缆12把位置姿态信息和纠偏后的自主巡线路径信息反馈到水面上的控制单元6，并在控制单元6的显示屏上实时显示。

通过水声换能器8和水下应答信标9确定水下载体平台1和作业船舶的相对位置，再结合作业船舶的第一GPS坐标确定水下载体平台1的第二GPS坐标，解决了直接利用GPS定位水下载体平台坐标，GPS电磁波信号在海水中衰减严重导致水下载体平台坐标定位不准确的问题。

基于上述实施例，本申请实施例水下载体平台1的底部还设有侧扫声呐11，侧扫声呐11与控制模块101通信连接，用于海底管道埋设状况和裸露状况的成像。

侧扫声呐11实现海底管道埋设情况和悬空裸露状况的成像，并将该成像反馈至水上的控制单元6，以便工作人员了解海底管道情况。

基于上述实施例，本申请实施例水下载体平台1还包括与控制模块101连接的惯导系统5，惯导系统5用于检测水下载体平台1的姿态和位置。

本申请实施例中的惯导系统5包括陀螺仪和加速度计，惯导系统5安装在水下载体平台1的耐压舱体内，用来检测水下载体平台1姿态和位置，水下载体平台1的控制模块101将水下载体平台1的姿态和位置反馈至作业船舶上的控制单元6。

图4为本申请实施例提供的一种海底掩埋管道自主巡线方法的流程图，如图4所示，应用于上述的海底掩埋管道自主巡线系统，包括：

S10：在水下载体平台根据自主巡线路径行进时，实时获取第一磁探测仪检测的自身与海底管道之间的第一距离和第二磁探测仪检测的自身与海底管道之间的第二距离；

在水下载体平台1根据自主巡线路径行进之前，还包括：海底管道的原始GPS坐标通过脐带缆传输到控制模块101，控制模块101根据海底管道原始GPS坐标形成自主巡线路径；获取GPS定位模块7检测的作业船舶的第一GPS坐标；确定水声换能器8发送的第一声脉冲和水下应答信标9接收到第一声脉冲后回发的第二声脉冲之间的时延差和相位差，并根据时延差和相位差确定水下载体平台1与作业船舶的相对位置坐标；根据相对位置坐标和第一GPS坐标确定水下载体平台1的第二GPS坐标；根据第二GPS坐标控制水下载体平台1航行至自主巡线路径中的路径起点坐标，以使水下载体平台1根据自主巡线路径行进。

S11：根据第一距离和第二距离调整水平推进器和垂直推进器，使第一距离与第二距离差值的绝对值不超过预设值，以对自主巡线路径进行纠偏。

在对水下载体平台1的自主巡线路径进行纠偏后，还可以将纠偏后的海底管道路径坐标实时反馈到水面上的控制单元6，完成自主巡线路径的更新。

进一步的，还可以利用高度计10和第三磁探测仪4检测海底管道埋深。为方便理解，下面举例说明，图5为本申请实施例提供的一种海底管道埋深检测的示意图，如图5所示，高度计10位于第三磁探测仪4下方，且高度计10和第三磁探测仪4在水平方向存在预设距离，计算海底管道埋深的方法为：实时获取第三磁探测仪4检测的自身与海底管道的第一垂直距离和高度计10检测的自身与海底泥面的第二垂直距离；确定第三磁探测仪4和高度计10之间的第三垂直距离，并根据预设距离与水下载体平台1的巡线速度确定目标时间间隔；根据第一垂直距离、第二垂直距离以及第三垂直距离确定海底管道埋深；其中，第一垂直距离和第二垂直距离的检测时间间隔为目标时间间隔。

如图5所示，第三磁探测仪4与高度计10之间的水平距离为L，已知水下载体平台1的巡线速度为v，目标时间间隔＝L/v；若确第三磁探测仪4在t1时刻检测的自身与海底管道的第一垂直距离H1，需要根据t1时刻和目标时间间隔去计算t2时刻(t2＝t1+L/v)，确定高度计10在t2时刻检测的自身与海底泥面的第二垂直距离H2，确定第三磁探测仪4和高度计10之间的第三垂直距离h；最后根据预设公式计算海底管道埋深；预设公式为H＝H1-H2-h；其中，H为海底管道埋深，H1为第一垂直距离，H2为第二垂直距离，h为第三垂直距离。

本申请实施例所提供的一种海底掩埋管道自主巡线方法，应用于上述的海底掩埋管道自主巡线系统，包括：在水下载体平台根据自主巡线路径行进时，实时获取第一磁探测仪检测的自身与海底管道之间的第一距离和第二磁探测仪检测的自身与海底管道之间的第二距离；根据第一距离和第二距离调控水平推进器和垂直推进器，使第一距离与第二距离差值的绝对值不超过预设值，以对自主巡线路径进行纠偏。利用磁探测仪能够在海水能见度低和管道掩埋工况下探测到管道，从而能够对海底管道的自主巡线路径进行纠偏，提高自主巡线的精度。此外，也为海底管道后续的巡检工作提供基础资料，提高海底管道安全管理水平。

水声换能器和水下应答信标确定水下载体平台和作业船舶的相对位置，再结合作业船舶的第一GPS坐标确定水下载体平台的第二GPS坐标，解决了直接利用GPS定位水下载体平台坐标，GPS电磁波信号在海水中衰减严重导致水下载体平台坐标定位不准确的问题。

磁探测仪和高度计组合的方式，解决了掩埋管道的埋深检测，为海底管道的安全管理提供理论基础。

以上对本申请所提供的一种海底掩埋管道自主巡线系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (8)

1.一种海底掩埋管道自主巡线系统，其特征在于，包括：水下载体平台(1)、第一磁探测仪(2)和第二磁探测仪(3)；

所述水下载体平台(1)包括控制模块(101)、水平推进器(102)和垂直推进器(103)，所述第一磁探测仪(2)和所述第二磁探测仪(3)设于所述水下载体平台(1)上，且所述第一磁探测仪(2)和所述第二磁探测仪(3)处于同一水平面，所述第一磁探测仪(2)用于检测自身与海底管道之间的第一距离，所述第二磁探测仪(3)用于检测自身与所述海底管道之间的第二距离，所述控制模块(101)分别与所述水平推进器(102)、所述垂直推进器(103)、所述第一磁探测仪(2)和所述第二磁探测仪(3)通信连接，用于调控所述水平推进器(102)和所述垂直推进器(103)使所述第一距离和所述第二距离差值的绝对值不超过预设值，以对所述水下载体平台(1)的自主巡线路径进行纠偏。

2.根据权利要求1所述的海底掩埋管道自主巡线系统，其特征在于，还包括与所述控制模块(101)连接的第三磁探测仪(4)和高度计(10)，所述第三磁探测仪(4)位于所述第一磁探测仪(2)和所述第二磁探测仪(3)中间，所述第三磁探测仪(4)用于检测自身与海底管道的第一垂直距离，所述高度计(10)用于检测自身与海底泥面的第二垂直距离，所述控制模块(101)用于根据所述第一垂直距离和所述第二垂直距离确定海底管道埋深。

3.根据权利要求1所述的海底掩埋管道自主巡线系统，其特征在于，还包括控制单元(6)、GPS定位模块(7)、作业船舶、水声换能器(8)和水下应答信标(9)，所述控制单元(6)和所述GPS定位模块(7)设于所述作业船舶上，所述水声换能器(8)设于所述作业船舶的底部，所述水下应答信标(9)设于所述水下载体平台(1)的顶部，所述水声换能器(8)的发射器用于向所述水下应答信标(9)发送第一声脉冲，所述水下应答信标(9)用于接收到所述第一声脉冲后回发第二声脉冲，所述GPS定位模块(7)用于确定所述作业船舶的第一GPS坐标，所述控制单元(6)分别与所述GPS定位模块(7)、所述水声换能器(8)、所述水下应答信标(9)和所述控制模块(101)通信连接，用于根据所述第一声脉冲和所述第二声脉冲的时延差和相位差确定所述水下载体平台(1)与所述作业船舶的相对位置坐标，并根据所述第一GPS坐标和所述相对位置坐标确定所述水下载体平台(1)的第二GPS坐标。

4.根据权利要求1所述的海底掩埋管道自主巡线系统，其特征在于，所述水下载体平台(1)的底部还设有侧扫声呐(11)，所述侧扫声呐(11)与所述控制模块(101)通信连接，用于海底管道埋设状况和裸露状况的成像。

5.根据权利要求1所述的海底掩埋管道自主巡线系统，其特征在于，所述水下载体平台(1)包括主体框架和耐压舱体，所述控制模块(101)设于所述耐压舱体的内部，所述水平推进器(102)和所述垂直推进器(103)安装在所述主体框架上。

6.根据权利要求1所述的海底掩埋管道自主巡线系统，其特征在于，所述水下载体平台(1)还包括与所述控制模块(101)连接的惯导系统(5)，所述惯导系统(5)用于检测所述水下载体平台(1)的姿态和位置。

7.根据权利要求6所述的海底掩埋管道自主巡线系统，其特征在于，所述惯导系统(5)包括陀螺仪和加速度计。

8.根据权利要求3所述的海底掩埋管道自主巡线系统，其特征在于，所述控制单元通过脐带缆(12)和所述控制模块(101)通信连接。