遠(yuǎn)程進(jìn)水構(gòu)件檢測(cè)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明披露了利用聲納系統(tǒng)來(lái)確定應(yīng)當(dāng)充滿空氣的水下支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)部件是否進(jìn)水。確定應(yīng)當(dāng)充滿空氣的結(jié)構(gòu)部件反而進(jìn)水表示結(jié)構(gòu)部件有裂縫或受損，使得易于找到受損的部件并進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S修。聲納系統(tǒng)位于與結(jié)構(gòu)部件有一定距離的位置，以便它與結(jié)構(gòu)部件有間隔。
【專利說(shuō)明】遠(yuǎn)程進(jìn)水構(gòu)件檢測(cè)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及確定水下支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)部件是充滿空氣還是進(jìn)水的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]存在多個(gè)水下支撐結(jié)構(gòu)，需要對(duì)潛在的損壞進(jìn)行檢查。水下支撐結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例是用于海上平臺(tái)例如石油鉆井平臺(tái)。海上平臺(tái)的水下支撐結(jié)構(gòu)通常由焊接的管狀部件制成，其中的一些通常是充水的并且其中的一些通常是充氣的。無(wú)論是否充氣，管狀部件上具有海生物，使得難以視覺(jué)檢查管狀部件的損壞和裂縫。當(dāng)海上平臺(tái)被施加應(yīng)力時(shí)例如在颶風(fēng)中，必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)部件的水下檢查。如果在充氣部件上產(chǎn)生裂縫，則會(huì)進(jìn)水。在檢查過(guò)程中識(shí)別進(jìn)水構(gòu)件是找到裂縫的一種方式。
[0003]識(shí)別進(jìn)水構(gòu)件的先前的方法包括了使用聲波裝置，所述聲波裝置被設(shè)置成與被檢查的部件接觸。聲波裝置的一個(gè)示例是超聲波探針，當(dāng)使其與結(jié)構(gòu)部件接觸時(shí)被設(shè)定成忽視最初的幾英寸，隨后在預(yù)設(shè)范圍上傾聽(tīng)來(lái)自可能的鋼制品對(duì)空氣或水、水對(duì)空氣或空氣對(duì)水、和水或空氣對(duì)鋼制品界面的反射。使用的另一檢查設(shè)備是射線照相(即，X射線)設(shè)備，它不需要與部件接觸，但確實(shí)要求極為接近，以便檢查淹沒(méi)環(huán)境中的部件，更不必說(shuō)使用X射線在水下的難度了。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明披露了一種利用聲納系統(tǒng)來(lái)確定水下支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)部件是被充滿有空氣還是水的方法。如果結(jié)構(gòu)部件應(yīng)該被充有空氣但卻被水淹沒(méi)(進(jìn)水)，則表明所述結(jié)構(gòu)部件破裂或受損，以便易于識(shí)別受損的部件并進(jìn)行合適的維修。
[0005]所述聲納系統(tǒng)位于與結(jié)構(gòu)部件有一定距離的位置以便與結(jié)構(gòu)部件有間隔，即聲納系統(tǒng)不與結(jié)構(gòu)部件或結(jié)構(gòu)部件上的海生物靠得很近或親密接觸，而是與結(jié)構(gòu)部件有間隔以便聲納系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)部件之間有一定距離。
[0006]進(jìn)水的結(jié)構(gòu)部件與充滿空氣的結(jié)構(gòu)部件的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)相比具有不同的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)。通過(guò)引導(dǎo)聲波信號(hào)朝向感興趣的結(jié)構(gòu)部件并檢測(cè)聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)，所檢測(cè)的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)隨后可被處理以便提取聲波結(jié)構(gòu)的特征。當(dāng)在本文中使用時(shí)，特征是指聲波信號(hào)的幅度(即不同的峰和谷)。將所確定的聲波結(jié)構(gòu)特征與該結(jié)構(gòu)部件的期望的聲波結(jié)構(gòu)特征作比較可確定是否有足夠的匹配。因此，如果結(jié)構(gòu)部件應(yīng)該是充滿空氣的，而所確定的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)對(duì)應(yīng)于進(jìn)水(淹沒(méi))的結(jié)構(gòu)部件，則確定所述結(jié)構(gòu)部件被進(jìn)水，從而表示所述結(jié)構(gòu)部件是有裂縫的或否則的話是受損的使得水進(jìn)入結(jié)構(gòu)部件。
[0007]所述聲納系統(tǒng)可以是采用低到中頻聲波的任何系統(tǒng)。所述聲納系統(tǒng)可以是例如潛水員操作的系統(tǒng)，耦合至自主式水下航行器(AUV)、遠(yuǎn)程操縱潛水器(ROV)或其它主機(jī)平臺(tái)航行器，由航行器牽引、安裝在桿上或安裝在船體。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例，一種方法包括利用聲納系統(tǒng)來(lái)確定應(yīng)該被空氣充滿的水下支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)部件是否進(jìn)水，其中聲納系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)部件間隔有一段距離，因此它不與結(jié)構(gòu)部件接觸。
[0009]在另一個(gè)實(shí)施例中，為進(jìn)水結(jié)構(gòu)部件而對(duì)水下支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描的方法包括從位于與感興趣的水下結(jié)構(gòu)部件隔開(kāi)一段距離的一來(lái)源引導(dǎo)聲波朝向感興趣的水下結(jié)構(gòu)部件，所述感興趣的水下結(jié)構(gòu)部件形成水下支撐結(jié)構(gòu)的部分。隨后檢測(cè)由聲波入射到感興趣的水下結(jié)構(gòu)部件上而產(chǎn)生的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)，并且檢測(cè)到的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)被處理以便提取聲波結(jié)構(gòu)特征。所提取的聲波結(jié)構(gòu)特征隨后與感興趣的水下結(jié)構(gòu)部件的期望的聲波結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行比較。根據(jù)比較結(jié)果，確定感興趣的水下結(jié)構(gòu)部件是否進(jìn)水。
[0010]水下支撐結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)部件可以是任何水下支撐結(jié)構(gòu)的任何結(jié)構(gòu)部件，其中可能希望檢查支撐結(jié)構(gòu)以便確定結(jié)構(gòu)部件是否進(jìn)水。例如，所述水下支撐結(jié)構(gòu)可包括人造結(jié)構(gòu)例如海上石油平臺(tái)支撐結(jié)構(gòu)等等。
[0011]當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)水下包括任何類型的水下環(huán)境，其中可能探明有水下支撐結(jié)構(gòu)并且可能需要檢查水下支撐結(jié)構(gòu)，包括但不限于咸水地點(diǎn)例如海和洋以及淡水地點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1示出了由水下支撐結(jié)構(gòu)支撐的通常的海上平臺(tái)。
[0013]圖2A和圖2B分別示出了充氣部件和聲波入射到充氣部件的對(duì)應(yīng)的返回強(qiáng)度。
[0014]圖3A和圖3B分別示出了充水的進(jìn)水部件和聲波入射到進(jìn)水部件的對(duì)應(yīng)的返回強(qiáng)度。
[0015]圖4是示出本文所述的進(jìn)水部件檢測(cè)方法的流程圖。
[0016]圖5示出了用于所述方法的搜索空間的概念。
[0017]圖6示出了來(lái)自充氣部件的返回聲波(即聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng))的包絡(luò)的一個(gè)示例。
[0018]圖7示出了來(lái)自進(jìn)水部件的返回聲波(即聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng))的包絡(luò)的一個(gè)示例。
[0019]圖8示出了如同結(jié)構(gòu)部件被充氣所生成的參考返回聲波(即聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng))的包絡(luò)。
[0020]圖9示出了確定圖6所示返回聲波包絡(luò)與圖8所示參考返回聲波包絡(luò)之間的差
巳
[0021]圖10示出了確定圖7所示返回聲波包絡(luò)與圖8所示參考返回聲波包絡(luò)之間的差
巳升。
[0022]圖11示出了將圖9中所確定的差異與閾值進(jìn)行比較。
[0023]圖12示出了將圖10中所確定的差異與閾值進(jìn)行比較。
[0024]圖13示出了水下支撐結(jié)構(gòu)的三維模型上進(jìn)水結(jié)構(gòu)部件的表示。
【具體實(shí)施方式】
[0025]圖1示出了具有由水下支撐結(jié)構(gòu)14支撐的海上平臺(tái)12的水體10。水體10可以是任何水體，咸水或淡水。在本示出的示例中，平臺(tái)12是石油平臺(tái)，而支撐結(jié)構(gòu)14被安裝至水體的底部。不過(guò)，石油平臺(tái)和相關(guān)的支撐結(jié)構(gòu)的示圖僅是示例性的，并應(yīng)當(dāng)理解，水下支撐結(jié)構(gòu)可以是任何類型的水下支撐結(jié)構(gòu)，人造和天然產(chǎn)生的，安裝到海底或浮在水中，并且平臺(tái)12可以是其它類型的平臺(tái)。[0026]支撐結(jié)構(gòu)14由多個(gè)焊接或以其它方式連接的管狀結(jié)構(gòu)部件16構(gòu)成，其中的一些應(yīng)該通常是充水的并且其中的一些應(yīng)該通常是充滿空氣的。當(dāng)在本文中使用時(shí)，通常充水的結(jié)構(gòu)部件不同于通常充滿空氣的結(jié)構(gòu)部件，所述通常充水的結(jié)構(gòu)部件已經(jīng)有裂縫或否則已經(jīng)受損并進(jìn)水。為了強(qiáng)調(diào)這個(gè)差別，應(yīng)該通常充氣但無(wú)論什么原因進(jìn)水的結(jié)構(gòu)部件會(huì)被稱為進(jìn)水結(jié)構(gòu)部件，其中術(shù)語(yǔ)進(jìn)水(flooded)暗示背離其想要或通常的狀況的結(jié)構(gòu)部件的狀況。因此，應(yīng)該充水的結(jié)構(gòu)部件不是進(jìn)水部件。
[0027] 聲納系統(tǒng)18被示出為與支撐結(jié)構(gòu)14和各結(jié)構(gòu)部件16間隔，因此它不與支撐結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)部件接觸。本文中所用的短語(yǔ)“不與…接觸(notincontact) ”表示聲納系統(tǒng)18不與支撐結(jié)構(gòu)14或任何其結(jié)構(gòu)部件16或結(jié)構(gòu)部件上的海生物親密接觸，而是與支撐結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)部件有間隔，因此在聲納系統(tǒng)和支撐結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)部件之間有一定距離。
[0028]如在下文中進(jìn)一步所描述的，采用聲納系統(tǒng)18來(lái)確定應(yīng)該充氣的水下支撐結(jié)構(gòu)14的結(jié)構(gòu)部件是否已進(jìn)水。以這種方式使用聲納系統(tǒng)18是基于發(fā)明人認(rèn)識(shí)到進(jìn)水的結(jié)構(gòu)部件對(duì)入射聲波的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)不同于充氣結(jié)構(gòu)部件的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)。通過(guò)引導(dǎo)聲波朝向感興趣的結(jié)構(gòu)部件并檢測(cè)返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)，所檢測(cè)到的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)隨后可被處理以便提取聲波結(jié)構(gòu)特征。將所提取的聲波結(jié)構(gòu)特征與該結(jié)構(gòu)部件的期望的聲波結(jié)構(gòu)特征作比較可以確定是否有足夠的匹配。如果結(jié)構(gòu)部件應(yīng)該是充氣的，而所確定的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)對(duì)應(yīng)于進(jìn)水的結(jié)構(gòu)部件，則確定所述結(jié)構(gòu)部件進(jìn)水，從而表示所述結(jié)構(gòu)部件有裂縫或否則是受損的使得水進(jìn)入結(jié)構(gòu)部件。
[0029]聲納系統(tǒng)18使用低到中頻聲波，能夠穿透并刺激被檢查的感興趣的結(jié)構(gòu)部件的外皮。聲波穿透并刺激結(jié)構(gòu)部件的能力取決于若干因素，例如結(jié)構(gòu)部件的材料和外皮的厚度，即結(jié)構(gòu)部件的壁的厚度。因此，所用的頻率可能是不同的，并且會(huì)足以穿透并刺激感興趣的結(jié)構(gòu)部件的外皮的任何頻率被包含在低-中頻的含義內(nèi)。
[0030]優(yōu)選的，聲納系統(tǒng)會(huì)是具有雙頻率的多束聲納，一個(gè)頻率在50kHz或低于50kHz，而(另)一個(gè)頻率在IOOkHz或高于IOOkHz。聲納優(yōu)選具有足以在大于約50ft.范圍工作的能力并且可以是參數(shù)或傳統(tǒng)的類型。發(fā)明人認(rèn)為合適的聲頻的一個(gè)示例是20kHz。合適的聲納系統(tǒng)的——個(gè)不例是從 TritechInternational Limited of Aberdeen, United Kingdom可購(gòu)得的 SeaKing Parametric SBP 淺地層剖面儀。SeaKing Parametric SBP 是具有 20kHz的低頻和200kHz的主頻的雙頻聲納。就SeaKing Parametric SBP來(lái)說(shuō),聲納可以例如在檢查支撐結(jié)構(gòu)時(shí)位于距離支撐結(jié)構(gòu)大約50英尺的位置。不過(guò)，聲納系統(tǒng)18可以位于距離支撐結(jié)構(gòu)比50英尺更遠(yuǎn)或更近的位置。當(dāng)使用多束聲納時(shí)，本文所述的方法對(duì)于每個(gè)聲納的聲束可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行重復(fù)。
[0031]聲納系統(tǒng)18用于在聲學(xué)上檢測(cè)充氣的結(jié)構(gòu)部件和充水的進(jìn)水部件之間的差異。這通過(guò)引導(dǎo)聲信號(hào)或瞬態(tài)信號(hào)(信號(hào)瞬態(tài))朝向感興趣的結(jié)構(gòu)部件并檢測(cè)來(lái)自結(jié)構(gòu)部件的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)返回來(lái)進(jìn)行。聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)返回隨后被處理以便確定聲波結(jié)構(gòu)特征和結(jié)構(gòu)部件是否充氣或進(jìn)水?？蛇x地，被檢測(cè)到的進(jìn)水部件可在支撐結(jié)構(gòu)的三維模型上表示以便幫助示出任何進(jìn)水部件的范圍(程度)并幫助更好地了解支撐結(jié)構(gòu)的狀況。
[0032]參見(jiàn)圖2A-B和圖3A-B，示出了通過(guò)聲納設(shè)備18聲(脈沖)撞擊結(jié)構(gòu)部件16。為了幫助解釋該概念，結(jié)構(gòu)部件16被示出為截面形狀為矩形。不過(guò)，在實(shí)踐中，結(jié)構(gòu)部件16通常會(huì)具有圓的(即圓形)截面形狀。但是，結(jié)構(gòu)部件可具有任意截面形狀，并不限于矩形或圓/圓形。
[0033]圖2A示出了充氣的結(jié)構(gòu)部件16，其中圖2B示出由聲納設(shè)備18檢測(cè)到的返回聲結(jié)構(gòu)波24，作為聲納設(shè)備發(fā)送聲波20朝向結(jié)構(gòu)部件16并撞擊結(jié)構(gòu)部件16的結(jié)果。限定結(jié)構(gòu)部件16的壁在本文中被稱為結(jié)構(gòu)部件的外皮22。所述波20具有的頻率使其能夠穿透并刺激外皮22。如圖2B中所示，幾乎全部強(qiáng)度的聲波20被反射回(由返回波24的包絡(luò)的幅度26表示)，作為波20接觸外皮22/部件16內(nèi)的空氣界面的結(jié)果。
[0034]相反的，圖3A示出了充水的結(jié)構(gòu)部件16，其中圖3B示出由聲納設(shè)備18檢測(cè)到的返回聲結(jié)構(gòu)波28，作為聲納設(shè)備發(fā)送聲波20朝向結(jié)構(gòu)部件16并撞擊結(jié)構(gòu)部件16的結(jié)果。聲波20穿透并刺激外皮22。不過(guò)，因?yàn)椴考浅渌?，所以?0繼續(xù)通過(guò)部件中的水到達(dá)部件16的相對(duì)壁并從另一側(cè)出來(lái)。如圖3B中所示，返回波包絡(luò)28示出了兩個(gè)較小的峰30、32，表示外皮22/水界面。
[0035]由圖2A-B和3A-B顯而易見(jiàn)，充氣部件16具有與充水部件16不同的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)。可利用聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)的這種差異來(lái)確定本來(lái)應(yīng)該充滿空氣的部件是否卻進(jìn)水了。
[0036]圖4示出了用于解釋聲波結(jié)構(gòu)返回以便確定結(jié)構(gòu)部件是充滿空氣還是進(jìn)水的步驟的流程圖。為了解釋來(lái)自部件16的聲波結(jié)構(gòu)返回，利用傳感器設(shè)備18相對(duì)于支撐結(jié)構(gòu)的三維模型的位置和方向(姿態(tài)信息)。姿態(tài)信息和現(xiàn)有三維模型提供關(guān)于哪些部件16應(yīng)該被充滿空氣并從而需要檢查的知識(shí)，提供關(guān)于感興趣的結(jié)構(gòu)部件的信息例如來(lái)自聲納18的其范圍、部件16的直徑、和是否有其它附近的結(jié)構(gòu)可能影響所返回的聲結(jié)構(gòu)波并影響檢測(cè)到的返回。此外，提供合適的軟件來(lái)運(yùn)行算法以便將檢測(cè)到的聲波結(jié)構(gòu)的返回與期望的聲波結(jié)構(gòu)的返回作比較，即充滿空氣或進(jìn)水部件的聲波結(jié)構(gòu)返回特征。
[0037]在圖4中，在步驟40獲得支撐結(jié)構(gòu)的三維模型和相對(duì)于三維模型的傳感器18的姿態(tài)。三維模型可以是支撐結(jié)構(gòu)的任何三維模型，在先存在或?qū)崟r(shí)生成，利用下述專利文獻(xiàn)所述的方法:申請(qǐng)日為2010年10月25日、發(fā)明名稱為“Building A Three DimensionalModel Of An Underwater Structure”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)Serial N0.61/406444(律師案號(hào):20057.0147USP1)，該專利文獻(xiàn)在此以其全文形式被結(jié)合入本文作為引用。姿態(tài)信息可通過(guò)與聲納設(shè)備相關(guān)的已知結(jié)構(gòu)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)以及采用下述專利文獻(xiàn)中所述的技術(shù)來(lái)提供:申請(qǐng)日為 2010 年 10 月 25 日、發(fā)明名稱為“Estimating Position and OrientationOf An Underwater Vehicle Relative To Underwater Structures” 的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)Serial N0.61/406424 (律師案號(hào):20057.0145USP1)，該專利文獻(xiàn)在此以其全文形式被結(jié)合入本文作為引用，以便確定相對(duì)于三維模型的姿態(tài)。
[0038]隨后，對(duì)于感興趣的結(jié)構(gòu)部件，所期望的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)被建立。在所示的示例中，期望的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)是所期望的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)，假定感興趣的水下結(jié)構(gòu)部件是充滿空氣的。不過(guò)，在一些情況，建立期望的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)是可行的，仿佛感興趣的水下結(jié)構(gòu)部件被進(jìn)水。
[0039]假定結(jié)構(gòu)部件是充滿空氣的，建立期望的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)的兩個(gè)示例如下。首先，如圖4中的框42所示，高頻參考聲納脈沖可被投射向感興趣的結(jié)構(gòu)部件。高頻參考聲納脈沖可由聲納設(shè)備18的第二轉(zhuǎn)換器或者如果聲納設(shè)備能夠有不同的頻率通過(guò)相同的轉(zhuǎn)換器生成。上文所討論的SeaKing Parametric SBP可生成除20kHz頻率聲納脈沖外的200kHz的高頻聲納脈沖。高頻波不穿透結(jié)構(gòu)部件的外皮，而是從結(jié)構(gòu)部件反射，類似于上文結(jié)合圖2A所討論的從外皮/空氣界面反射的低頻波的第一次返回。一旦被處理，檢測(cè)到的聲波結(jié)構(gòu)返回形成期望的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)，如同結(jié)構(gòu)部件是充滿空氣的。
[0040]如圖4中的框44所示，建立期望的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)的另一示例是通過(guò)從結(jié)構(gòu)部件的三維模型獲得的信息模擬低頻參考聲納脈沖。這可以通過(guò)假定某聲納脈沖強(qiáng)度、計(jì)算相對(duì)于時(shí)間的返回強(qiáng)度和對(duì)于自聲納設(shè)備18的范圍以低頻與圖5中所表示的暴露的表面區(qū)域46成比例的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)來(lái)完成。還可以使用其它更為復(fù)雜的聲納模擬。
[0041]圖8示出了如同部件被充滿空氣的已建立的期望的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)48的一個(gè)示例。
[0042]回到圖4，在步驟50，期望的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)48隨后與由實(shí)際檢測(cè)到的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)所確定的聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行比較，所述實(shí)際檢測(cè)到的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)通過(guò)確定兩者間的差異由聲納系統(tǒng)18的低頻聲波20產(chǎn)生。圖6示出了來(lái)自充滿空氣的部件的檢測(cè)到的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)52 (標(biāo)準(zhǔn)化的，對(duì)于聲損耗)，而圖7示出了來(lái)自進(jìn)水部件的檢測(cè)到的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)54 (標(biāo)準(zhǔn)化的，對(duì)于聲損耗)。
[0043]圖9示出了期望的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)48相對(duì)于充滿空氣的部件檢測(cè)到的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)52，在下面示出兩個(gè)信號(hào)之間在幅度上的差異56 (即聲波結(jié)構(gòu)特征之間的差異)。相似地，圖10示出了期望的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)48相對(duì)于進(jìn)水部件檢測(cè)到的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)54，在下面示出了兩個(gè)信號(hào)之間在幅度上的差異58 (即聲波結(jié)構(gòu)特征之間的差異)。
[0044]回到圖4，另一步驟包括限定來(lái)自三維模型60的搜索空間。參見(jiàn)圖5，搜索空間62位于部件16的遠(yuǎn)側(cè)，并被計(jì)算為其中如果接收到聲納返回則表示進(jìn)水部件的空間。3D空間中并對(duì)于被分析的聲束轉(zhuǎn)化為時(shí)間域的搜索空間傳達(dá)關(guān)于質(zhì)疑的結(jié)構(gòu)部件的信息，例如大小、范圍、角度、和距聲束中心的偏移。如果在聲納的聲束的通道上有多個(gè)物體則需要該信息，以便可聚焦處理算法并避免誤報(bào)率。搜索空間表示如果檢測(cè)到返回則它一定是由于進(jìn)水部件的空間。充滿空氣的結(jié)構(gòu)部件的空氣會(huì)阻礙從結(jié)構(gòu)部件的遠(yuǎn)側(cè)或緊挨著結(jié)構(gòu)部件的任何物體的返回。這就是為何搜索空間可稍微伸過(guò)結(jié)構(gòu)部件的遠(yuǎn)側(cè)的原因。
[0045]回到圖4，另一步驟64包括將圖9和10中在幅度上和聲波結(jié)構(gòu)特征的差異56、58與搜索空間62內(nèi)的閾值進(jìn)行比較。這在圖11和圖12中示出，其中圖11示出了相對(duì)于閾值66極限在幅度上的差異56,而圖12不出了相對(duì)于閾值66極限在幅度上的差異58。閾值是任意的并且在一個(gè)示例中可用給定的聲納系統(tǒng)和要檢查的可能結(jié)構(gòu)部件的范圍通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。
[0046]回到圖4，根據(jù)步驟64的比較結(jié)果，判定感興趣的部件是否進(jìn)水。如圖11中所示，在幅度上的差異56不超過(guò)閾值極限。因此，得出結(jié)論:感興趣的部件未進(jìn)水而是充滿空氣的。圖12示出了在幅度上的差異58超過(guò)閾值極限，即幅度差異的部分(即聲納結(jié)構(gòu)特征差異58)在閾值極限框之外。因此，從圖12得出結(jié)論:感興趣的部件進(jìn)水。
[0047]應(yīng)當(dāng)被充滿空氣而進(jìn)水的部件的信息表示所述部件有裂縫或否則是受損的。這使得潛水員、R0V、AUV或其它檢查系統(tǒng)集中于進(jìn)水部件以便幫助尋找裂縫或其它損壞，并對(duì)受損部件進(jìn)行合適的維修或替換。
[0048]可選地，如圖13中所示，檢測(cè)到的進(jìn)水部件16可在支撐結(jié)構(gòu)的三維模型70上表示，例如通過(guò)如在圖13中所示的模型70上突出(加亮)進(jìn)水部件，以有助于示出進(jìn)水部件的范圍(程度)并幫助更好地了解支撐結(jié)構(gòu)的狀況。[0049]水下支撐結(jié)構(gòu)的一些結(jié)構(gòu)部件可能包含同心管或其它內(nèi)部結(jié)構(gòu)。本文所述的方法可用于在充氣的結(jié)構(gòu)部件和充水的結(jié)構(gòu)部件之間進(jìn)行區(qū)分，即使所述結(jié)構(gòu)部件包含任意的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只要任意的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不引起使得充氣的結(jié)構(gòu)部件表現(xiàn)出進(jìn)水的情況。
[0050]本申請(qǐng)所披露的示例在所有方面被視為是說(shuō)明性的而非限制性的。本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求書(shū)表示而非由前述的說(shuō)明書(shū)限定；并且在權(quán)利要求的等同的含義和范圍內(nèi)的所有變化旨在包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種為進(jìn)水的結(jié)構(gòu)部件掃描水下支撐結(jié)構(gòu)的方法，包括: 從設(shè)置在與感興趣的水下結(jié)構(gòu)部件有一距離的來(lái)源引導(dǎo)聲波朝向感興趣的水下結(jié)構(gòu)部件，所述感興趣的水下結(jié)構(gòu)部件形成水下支撐結(jié)構(gòu)的一部分； 檢測(cè)由聲波入射到感興趣的水下結(jié)構(gòu)部件上所產(chǎn)生的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)； 將檢測(cè)到的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)與對(duì)于感興趣的水下結(jié)構(gòu)部件的期望的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行比較；和 根據(jù)比較結(jié)果，確定感興趣的水下結(jié)構(gòu)部件是否進(jìn)水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述來(lái)源是聲納系統(tǒng)，并且所述聲波是低頻聲波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水下支撐結(jié)構(gòu)與海上平臺(tái)相關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將檢測(cè)到的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)與期望的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行比較包括確定來(lái)源相對(duì)于水下支撐結(jié)構(gòu)的三維模型的位置和方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中將檢測(cè)到的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)與期望的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行比較還包括建立期望的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)，如同感興趣的水下結(jié)構(gòu)部件是充滿空氣的；確定檢測(cè)到的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)和期望的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)之間的差異；和，將所述差異與閾值進(jìn)行比較。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中建立期望的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)包括:利用高頻參考聲波朝向感興趣的水下結(jié)構(gòu)部件并檢測(cè)返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)以確定所述結(jié)構(gòu)部件的特征，或者由三維模型模擬期望的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的 方法，其中如果感興趣的水下結(jié)構(gòu)部件進(jìn)水，則在水下支撐結(jié)構(gòu)的三維模型上表示進(jìn)水的結(jié)構(gòu)部件。
8.一種方法，包括: 利用聲納系統(tǒng)來(lái)確定應(yīng)該被充滿空氣的水下支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)部件是否進(jìn)水，所述聲納系統(tǒng)與所述結(jié)構(gòu)部件間隔一距離以便不與結(jié)構(gòu)部件接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，包括利用聲納系統(tǒng)引導(dǎo)聲波朝向結(jié)構(gòu)部件，和檢測(cè)由聲波入射到結(jié)構(gòu)部件上產(chǎn)生的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括將檢測(cè)到的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)與對(duì)于所述結(jié)構(gòu)部件的期望的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行比較。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中聲波是低頻聲波。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述水下支撐結(jié)構(gòu)與海上平臺(tái)相關(guān)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中將檢測(cè)到的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)與期望的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行比較包括確定聲納系統(tǒng)相對(duì)于水下支撐結(jié)構(gòu)的三維模型的位置和方向。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中將檢測(cè)到的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)與期望的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行比較還包括建立期望的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)，如同結(jié)構(gòu)部件被充滿空氣；確定檢測(cè)到的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)和期望的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)之間的差異；和，將所述差異與閾值進(jìn)行比較。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中建立期望的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)包括:利用高頻參考聲波朝向結(jié)構(gòu)部件并檢測(cè)返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)以便確定結(jié)構(gòu)部件的特征，或者由三維模型模擬期望的返回聲波結(jié)構(gòu)響應(yīng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中如果結(jié)構(gòu)部件進(jìn)水，則在水下支撐結(jié)構(gòu)的三維模型上表示所述進(jìn)水的結(jié)構(gòu)部件。
【文檔編號(hào)】G03B42/06GK103492946SQ201180051547
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2010年10月25日
【發(fā)明者】H·J·利希特, J·M·庫(kù)什瑞 申請(qǐng)人:洛克希德馬丁公司