NO20101502L - Fremgangsmate og system for bestemmelse av posisjonen for en fluidutblasing i et undervannsmiljo - Google Patents

Abstract

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø, omfattende fasene bestående av å samle inn (110) data vedrørende et undervannsområde ved hjelp av minst to akustiske følere (11); filtrere og prosessere (120) de innsamlede dataene for å påvise tilstedeværelse av det utstrømmende fluidet og undervannsområdet involvert; danne (130) ett enkelt stereoskopisk bilde ved å sammenstille flere enkeltstående tredimensjonale bilder; estimere (140) posisjonen til fluidutstrømningen på grunnlag av det stereoskopiske bildet oppnådd på denne måten.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et system for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø.

I overvåknings- og vedlikeholdsanvendelser samt ved kriseintervensjoner i undervannsinstallasjoner er det ofte nødvendig å bestemme og vite posisjonen til strømninger av fluider, så som for eksempel gass, olje eller kjemiske forbindelser, både énfase- og flerfasestrømning.

Spesielt, i oljeindustrien, er denne informasjonen avgjørende ved tap fra rørledninger eller fluidutstrømning fra brønner for å kunne utføre intervensjoner for operasjoner på strømningen, også fjernautomatiserte.

I disse anvendelsene strømmer det imidlertid ofte under høyt trykk, noe som gjør det nødvendig å utføre målinger med en betydelig minste sikkerhetsavstand for å garantere at måleutstyret ikke blir skadet.

Tatt i betraktning den dårlige sikten i et undervannsmiljø er det i tillegg umulig å utføre målingene fra slike sikkerhetsavstander med bruk av optiske følere, så som kameraer eller lasere.

Bruk av en akustisk føler er derfor kjent, så som for eksempel en sonar, som blir fraktet av undervannskjøretøyer i nærheten av området som skal inspiseres, spesielt for å identifisere lekkasjer langs et rør.

Selv om bruk av en akustisk føler har vist seg å fungere for å gjenkjenne tilstedeværelse av énfase- og flerfasestrømninger, enten gass- eller oljebaserte, er imidlertid denne metoden ikke i stand til å gi en tilstrekkelig grad av nøyaktighet med hensyn til bestemmelse av posisjonen til strømningsutløpet.

Spesielt, siden den totale målefeilen er proporsjonal med måleavstanden, gir målingene som utføres med minimum sikkerhetsavstander en feil som ikke tillater automatisert intervensjon.

Et mål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte som er i stand til å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø med tilstrekkelig nøyaktighet også når målingen blir utført med stor måleavstand.

Et ytterligere mål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø som gjør det mulig å gjennomføre fjernautomatiserte intervensjoner på nevnte strømning.

Et annet mål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et system for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø som utfører nevnte fremgangsmåte.

Disse og andre mål med foreliggende oppfinnelse oppnås ved å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø som angitt i de uavhengige kravene.

Ytterligere trekk ved fremgangsmåten og systemet for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø er gjenstand for de avhengige kravene.

Trekkene og fordelene med en fremgangsmåte og et system for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø ifølge foreliggende oppfinnelse vil tydeliggjøres av den følgende illustrerende og ikke-begrensende beskrivelsen, som henviser de vedlagte skjematiske tegningene, der: - figur 1 er en skjematisk representasjon av systemet for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø ifølge foreliggende oppfinnelse; - figur 2 er et blokkdiagram av fremgangsmåten for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø ifølge foreliggende oppfinnelse; - figur 3 er en grafisk representasjon av mellomresultatene oppnådd etter noen av databehandlingsfasene ved hjelp av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse; - figur 4 er en skjematisk representasjon av et testoppsett anvendt for å verifisere oppfinnelsen.

Figurene viser et system for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø, angitt som helhet med 10.

Nevnte system 10 omfatter en detektorenhet bestående av minst to akustiske følere 11 i stand til å bestemme tilstedeværelse av hindringer og avstanden fra disse ved å sende ut akustiske signaler og deretter analysere ekkoene som mottas.

Følerne 11 styres slik at de opprettholder en innbyrdes fast eller uansett kjent posisjonering og er orientert mot et felles detekteringsområde.

Nevnte følere 11 er fortrinnsvis fullt fastholdt til en fast støttestruktur eller til undervannskjøretøy som opprettholder sin posisjon og orientering.

Følerne 11 er koblet til en prosesseringsenhet 12 som omfatter en programvareanordning 13 ved hjelp av hvilken data som innhentes blir behandlet for å identifisere posisjonen til en mulig fluidutstrømning i et undervannsmiljø.

For dette formålet utfører programvareanordningen 13 fremgangsmåten for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø ifølge foreliggende oppfinnelse, som beskrives nærmere i det følgende.

Prosesseringsenheten 12 er også koblet via et spesifikt grensesnitt til fremvisningsanordningen 14 og/eller i hvert fall en andre prosesseringsenhet 15 for å forsyne de innhentede dataene for ytterligere prosessering, dersom de for eksempel skulle være nødvendig for å utføre automatiserte

undervannsoperasjoner.

Arbeidsmåten til systemet for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø ifølge foreliggende oppfinnelse er som følger.

I en første fase 110 blir dataene samlet inn i sanntid gjennom de minst to akustiske følerne 11. Dataene blir deretter faktisk behandlet.

Dataene fra de flere følerne blir innledningsvis filtrert for å fjerne underliggende støy (fase 120).

For dette formål blir det først generert todimensjonale bilder, som kun omfatter de punktene avdekket av følerne 11 som har størst styrke (fase 121).

Disse bildene blir så delt inn i frittliggende områder gjennom en prosess kalt segmentering, som knytter de homogene og tilliggende bildeandelene til hverandre. Følgelig blir det generert et kart som grafisk representerer flere områder identifisert (fase 122) for å isolere områdene som er representative for fluidstrømningen (fase 123).

Denne fasen 123 blir utført ved å anvende standard todimensjonale algoritmer på bildet frembragt av følerne 11, så som for eksempel vekstalgoritmer for områder i forbundede komponenter av den kjente typen, og korrigere resultatet som oppnås ved hjelp av geometrisk informasjon kjent på forhånd, så som for eksempel avstanden til den enkelte føler 11 i forhold til strukturer avdekket av samme og hovedsakelig vertikal retning forfluidstømningsaksen.

Såkalte "modelltilpasningsalgoritmer" blir anvendt på områdene således identifisert i bildet, som tilpasser disse områdene til geometrier som er karakteristiske forfluidstrømningen. På denne måten er det mulig å isolere og fjerne punkter i bildet som, ettersom de ikke hører til disse karakteristiske geometriene, gjenkjennes som ikke-karakteristiske for bildet av fluidstrømningen (fase 124).

For dette formål blir områdene innledningsvis projisert i tredimensjonale bilder og hovedintertialaksene blir beregnet for å bestemme den geometriske formen til de identifiserte områdene.

Spesielt blir hovedaksen til selve strømningen identifisert for områdene som er karakteristiske forfluidstrømningen.

For å fjerne ukorrekt informasjon, for eksempel som følge av akustisk støy og falske ekko, med statistisk filtrering, blir deretter en spesifikk filtreringsalgoritme anvendt, så som algoritmen kalt RanSaC (Random Sample Consensus) kjent fra litteraturen (fase 125).

For hver føler 11 oppnås således et behandlet tredimensjonalt bilde for å identifisere, i det samme bildet, formen til fluidstrømningen. Disse er imidlertid fortsatt enkeltstående, atskilte bilder.

Etter hvert som disse tredimensjonale, atskilte bildene blir samlet inn i henhold til stereoskopiteorier for å lokalisere fluidstrømningen fra forskjellige synsvinkler, hvis innbyrdes posisjon er kjent, må de deretter stilles sammen for å danne ett enkelt, stereoskopisk bilde (fase 130).

For dette formålet anvendes en algoritme for å sammenstille de atskilte bildene som anvender informasjonen om den innbyrdes posisjonen til følerne 11. Fortrinnsvis anvendes en euklidsk punkt-til-punkt-transformasjon av punktene som danner overflaten av fluidstrømningen i bildet.

På denne måten oppnås ett enkelt stereoskopisk, tredimensjonalt bilde av overflaten av fluidstrømningen, i forhold til et referansesystem på én av følerne 11, med mer detaljert informasjon om krumningen til nevnte overflate.

Endelig blir det foretatt en evaluering av den geometriske formen og dimensjonene til fluidstrømningen i det sammenstilte tredimensjonale bildet oppnådd sammen med en estimering av koordinatene til opphavspunktet til samme (fase 140).

For dette formålet blir skjæringsalgoritmer for planene og vertikalaksen anvendt på det oppnådde stereoskopiske bildet for å estimere koordinatene til utstrømningspunktet til fluidstrømningen. Spesielt estimeres skjæringen til et plan nær ved utløpsoverflaten til fluidstrømningen, så som for eksempel havbunnen, sammen med hovedaksen til fluidstrømningen identifisert i de foregående fasene av fremgangsmåten.

Videre blir koordinatene til strømningskilden således bestemt og den tredimensjonale representasjonen av strømningen tilveiebragt for visualisering eller til bruk i eventuell etterfølgende prosessering (fase 150).

Søkeren har utført en rekke tester på systemet 10 for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø tilveiebragt på denne måten, og har oppnådd høy nøyaktighet i bestemmelsen av posisjonen til strømningskilden selv når målingen ble utført fra store avstander.

For dette formål ble en prototype produsert med bruk av to akustiske følere 11 liggende på havbunnen i henhold til systemet i figur 4.

De to følerne 11 ble holdt i en avstand på omtrent 10 m fra en struktur 20 for å generere strømninger, hovedsakelig svarende til minimum sikkerhetsavstander som må overholdes under undervannsintervensjoner i tilstedeværelse av fluidutstrømning.

Nevnte struktur 20, omfattende flere dyser for å generere fluidstrømninger basert på manuelle kommandoer, la også på havbunnen.

Strukturen 20 inneholdt også forskjellige kuler og halvkuler 21 for å kalibrere instrumentene, for å måle den effektive posisjonen til de to følerne 11 i forhold til den samme strukturen 20.

Dysene på strukturen 20 var koblet til en trykksatt gassbeholder og forskjellige tester ble utført ved å forsyne én dyse om gangen med trykksatt gass.

Det ble funnet at prototypen på systemet 10 for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø ifølge oppfinnelsen er i stand til å bestemme posisjonen til den aktive dysen med en feilmargin på mindre enn omtrent 10 cm, dvs. med en nøyaktighet på omtrent 1% av måleavstanden.

Trekkene til anordningen som er gjenstand for foreliggende oppfinnelse, og også de tilhørende fordelene, fremgår klart av beskrivelsen over.

Spesielt gjør fremgangsmåten for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø ifølge foreliggende oppfinnelse det mulig å påvise posisjonen til undervannsstrømmer med en garantert ekstremt redusert feilmargin også når målingene blir utført med store sikkerhetsavstander, for eksempel i størrelsesorden et titalls meter.

Det er derfor mulig å utføre automatiserte undervannsintervensjoner basert på måleresultatene tilveiebragt av systemet ifølge oppfinnelsen.

Endelig skal det være klart at systemet beskrevet her er mottakelig for forskjellige modifikasjoner og varianter, alle omfattet av oppfinnelsen; i tillegg kan alle detaljer erstattes med teknisk ekvivalente elementer.

I praksis kan materialene som anvendes, i likhet med dimensjonene, variere i henhold til tekniske krav.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø, omfattende fasene bestående av å: a) samle inn (110) data vedrørende et undervannsområde ved hjelp av minst to akustiske følere (11), b) filtrere og prosessere (120) nevnte innsamlede data for å frembringe flere enkeltstående, tredimensjonale bilder av undervannsområdet som analyseres, c) danne (130) ett enkelt stereoskopisk bilde ved å sammenstille nevnte flere enkeltstående, tredimensjonale bilder, d) estimere (140) posisjonen til en fluidutstrømning på grunnlag av nevnte stereoskopiske bilde.

2. Fremgangsmåte for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø ifølge krav 1, der, for hver kombinasjon av data samlet inn av en føler (11), nevnte filtrerings- og prosesseringsfase (120) forde innsamlede dataene omfatter trinnene bestående av å: b1) generere (121) et todimensjonalt bilde som kun omfatter de punktene som er bestemt å ha størst styrke, b2) dele opp (122) nevnte todimensjonale bilde i frittstående områder gjennom sammenstilling av homogene og sammenhengende bildedeler, b3) identifisere (123) blant nevnte områder de som representerer strømningen i nevnte fluidutstrømning, b4) projisere (124) områdene som identifiseres i et tredimensjonalt bilde og bestemme dets geometriske form, b5) redusere (125) den akustiske støyen inneholdt i nevnte tredimensjonale bilde gjennom statistisk filtrering.

3. Fremgangsmåte for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø ifølge krav 2, der nevnte fase (123) for å identifisere områdene som representerer strømningen i nevnte fluidutstrømning omfatter et trinn bestående av å anvende algoritmer for todimensjonale bilder på bildet frembragt av nevnte føler (11) og korrigere resultatet oppnådd ved hjelp av konstante og kjente data.

4. Fremgangsmåte for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø ifølge krav 2 eller 3, der nevnte fase (124) for å bestemme den geometriske formen til de identifiserte områdene omfatter et trinn bestående av å anvende på nevnte tredimensjonale bilder en algoritme for tilpasning til karakteristiske geometrier som fjerner punktene som identifiseres som ikke hørende til nevnte karakteristiske geometrier.

5. Fremgangsmåte for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø ifølge krav 4, der nevnte fase (124) for å bestemme den geometriske formen til de identifiserte områdene omfatter trinn bestående av å beregne hovedinertialaksene til nevnte områder og hovedaksen til fluidstrømningen.

6. Fremgangsmåte for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø ifølge ethvert av de foregående krav, der nevnte fase (130) for å danne ett enkelt stereoskopisk bilde omfatter et trinn bestående av å anvende en euklidsk punkt-til-punkt-transformasjon på punktene som danner overflaten av fluidstrømningen i de enkeltstående, tredimensjonale bildene på grunnlag av den innbyrdes posisjonen til nevnte minst to følere (11).

7. Fremgangsmåte for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø ifølge krav 5 eller 6, der nevnte fase (140) for å estimere posisjonen til en fluidutstrømning omfatter trinn bestående av å krysse et plan som tilnærmer utløpsflaten til fluidstrømningen med nevnte hovedakse til fluidstrømningen.

8. System for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø, omfattende en prosesseringsenhet (12) omfattende midler (13) innrettet for å utføre en fremgangsmåte for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø, karakterisert ved at nevnte prosesseringsenhet (12) er koblet til minst to akustiske følere (11) anordnet i en innbyrdes posisjon og med en fast innbyrdes orientering.

9. System for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø ifølge krav 8, karakterisert ved at nevnte midler (13) utfører en fremgangsmåte for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø ifølge ethvert av kravene 1 til 7.

10. System for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at nevnte prosesseringsenhet (12) omfatter et grensesnitt for tilkobling til en fremvisningsanordning (14) og/eller en annen prosesseringsenhet (15).

11. Produkt for en regneanordning som kan lastes direkte inn i det interne minnet i en digital kalkulator, omfattende kodesegmenter innrettet for å utføre fasene i fremgangsmåten for å bestemme posisjonen til en fluidutstrømning i et undervannsmiljø ifølge kravene 1 til 7 når nevnte produkt er iverksatt på nevnte regneanordning.