本發(fā)明涉及水下精確定位布放領(lǐng)域，特別涉及基于rov前視聲納的深水海底設(shè)備精確定位布放方法。

背景技術(shù)：

海底觀測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常是指由岸基站、光電復(fù)合纜、水下設(shè)備(包括主節(jié)點(diǎn)、次節(jié)點(diǎn)以及水下監(jiān)測設(shè)備)組成的能夠?qū)５讌^(qū)域進(jìn)行長期實(shí)時(shí)探測、傳輸數(shù)據(jù)、采集分析樣品以及進(jìn)行原位實(shí)驗(yàn)的自動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是國際海洋界公認(rèn)的人類探測海洋的第三個(gè)觀測平臺。其中主節(jié)點(diǎn)的主要功能為高壓轉(zhuǎn)中壓電能變換與光信號傳輸，次節(jié)點(diǎn)主要功能為中壓轉(zhuǎn)低壓電能變換與數(shù)據(jù)傳輸，水下監(jiān)測設(shè)備由不同類型水下監(jiān)測傳感設(shè)備組成。水下各設(shè)備的連接方式為：主節(jié)點(diǎn)與光電復(fù)合纜連接；主、次節(jié)點(diǎn)與水下監(jiān)測設(shè)備之間采用水下機(jī)器人rov操作濕插拔延長纜連接，該接駁方式可實(shí)現(xiàn)水下觀測設(shè)備的靈活增減、升級、擴(kuò)展與維護(hù)等功能。主、次節(jié)點(diǎn)以及水下監(jiān)測設(shè)備的信號傳輸方式通過以太網(wǎng)通信方式傳輸，而現(xiàn)有以太網(wǎng)電信號鏈路的傳輸距離極限為100米，因此實(shí)際應(yīng)用中水下組網(wǎng)電信號濕插拔延長纜的長度通常選為50-80米。由于慮及水下設(shè)備內(nèi)部連接固定、電纜彎曲等情況，水下組網(wǎng)不同設(shè)備兩兩之間距離應(yīng)在30-50米以內(nèi)范圍，并考慮水下組網(wǎng)設(shè)備接駁設(shè)備較多，因此對水下精確定位布放要求帶來極大的挑戰(zhàn)。

根據(jù)以上定位布放作業(yè)需求，在施工中需要獲取兩目標(biāo)或多目標(biāo)在相對坐標(biāo)系的實(shí)時(shí)位置關(guān)系和分米級的定位精度，即相對坐標(biāo)系下的高精度定位作業(yè)。目前，由于水下光傳輸距離限制，水下工程中通常采用聲學(xué)手段進(jìn)行水下定位。水聲定位系統(tǒng)按基線長度分為長基線定位系統(tǒng)、短基線定位系統(tǒng)及超短基線定位系統(tǒng)三類。長基線定位系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是定位精度與水深無關(guān)，在較大的范圍內(nèi)可以達(dá)到較高的相對定位精度；但其缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜、操作繁瑣、費(fèi)用昂貴，且需要長時(shí)間布設(shè)和回收海底聲基陣，并需對海底聲基陣校準(zhǔn)測量，因此如采用長基線定位布放將大大增加水下工程的建設(shè)成本。短基線和超短基線定位系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的構(gòu)成簡單、操作方便、不需要組建水下基線陣；但缺點(diǎn)是水下定位精度與水深和工作距離嚴(yán)重相關(guān)，隨著水深增加即工作距離增加，定位精度也隨之明顯下降，如行業(yè)內(nèi)標(biāo)桿產(chǎn)品——法國ixblue公司的posidonia6000型長程超短基線定位系統(tǒng)的實(shí)際使用定位精 度：不超過工作斜距離的0.5％，則意味著對于2000米的深水海底定位，其實(shí)際水下定位誤差應(yīng)大于10米。因此在深水條件下，現(xiàn)有的基于短基線/超短基線存在水下定位精度較差，水下作業(yè)時(shí)間長等缺點(diǎn)，且隨著主節(jié)點(diǎn)附件組網(wǎng)設(shè)備的增加，采用短基線/超短基線水聲定位方式還易導(dǎo)致不同水下設(shè)備的rov濕插拔電纜相互疊壓、交叉，進(jìn)而導(dǎo)致后期維護(hù)困難等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的水聲定位系統(tǒng)成本高，或精度較差的缺陷，從而提供一種能夠簡單、方便的定位布放方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于rov前視聲納的深水海底設(shè)備精確定位布放方法，包括：

步驟1)、主節(jié)點(diǎn)布放；該步驟進(jìn)一步包括：

施工船在主節(jié)點(diǎn)布放位置附近開啟動力定位模式，通過釋放器吊放與海纜連接的主節(jié)點(diǎn)；rov開啟攝像頭與主節(jié)點(diǎn)同步下潛以監(jiān)視水下吊放狀態(tài)，待主節(jié)點(diǎn)至海底附近時(shí)，rov潛至海床，確認(rèn)海床情況和吊放狀態(tài)，施工船啟動釋放器釋放主節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)著床；rov抵近觀測主節(jié)點(diǎn)著床狀態(tài)；

步驟2)、設(shè)定水下基準(zhǔn)點(diǎn)；該步驟進(jìn)一步包括：

將rov移動到主節(jié)點(diǎn)的后方數(shù)米處，平穩(wěn)坐底；開啟rov前部前視聲納進(jìn)行掃描，若主節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)在rov前視聲納掃描視圖5米范圍內(nèi)，將主節(jié)點(diǎn)作為水下設(shè)備布放位置定位與距離測量的基準(zhǔn)點(diǎn)；

步驟3)、施工船移位；該步驟進(jìn)一步包括：

按照布放規(guī)劃，采用動力定位模式控制施工船移動至次節(jié)點(diǎn)布放設(shè)備水面位置并保持原位，同時(shí)增加rov臍帶纜入水長度；采用釋放器吊放次節(jié)點(diǎn)入水，同時(shí)適當(dāng)調(diào)整艏向，避免鋼絲繩與rov臍帶纜纏繞；

步驟4)、次節(jié)點(diǎn)或水下監(jiān)測設(shè)備的測向、測距；該步驟進(jìn)一步包括：

當(dāng)次節(jié)點(diǎn)或水下監(jiān)測設(shè)備至海床附近，利用rov的前視聲納實(shí)時(shí)掃描獲得次節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)相對位置關(guān)系，或水下監(jiān)測設(shè)備與次節(jié)點(diǎn)相對位置關(guān)系；其中，所述相對位置關(guān)系包括相對夾角與相對距離；施工船根據(jù)聲納成像結(jié)果實(shí)時(shí)微調(diào)船位，以調(diào)整次節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)相對位置，或水下監(jiān)測設(shè)備與次節(jié)點(diǎn)相對位置，從而實(shí)現(xiàn)所要求的相對方向和距離；待其到達(dá)設(shè)定位置時(shí)，降低次節(jié)點(diǎn)或水下監(jiān)測設(shè)備距海床距離，啟動釋放器令次節(jié)點(diǎn)或水下監(jiān)測設(shè)備著床；

步驟5)、根據(jù)布放規(guī)劃，確認(rèn)是否還有未被布放的次節(jié)點(diǎn)或水下監(jiān)測設(shè)備，若 還有未被布放的次節(jié)點(diǎn)或水下監(jiān)測設(shè)備，重新執(zhí)行步驟3)和步驟4)，直至所有次節(jié)點(diǎn)或水下監(jiān)測設(shè)備均已布放。

上述技術(shù)方案中，在步驟4)中，利用rov的前視聲納實(shí)時(shí)掃描圖像中的測量刻度線獲得次節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)相對位置關(guān)系，或水下監(jiān)測設(shè)備與次節(jié)點(diǎn)相對位置關(guān)系。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)降低成本：無需購置昂貴的長基線水下定位系統(tǒng)，且節(jié)省了大量布放和回收海底聲基陣以及海底聲基陣校準(zhǔn)測試所花費(fèi)的船時(shí)，大大降低工程建設(shè)成本。

(2)操作簡便：隨著rov的發(fā)展進(jìn)步，因其水下作業(yè)能力強(qiáng)、直觀、配置便捷在海洋水下工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，逐漸成為海洋工程船的標(biāo)準(zhǔn)配置。海洋工程船上技術(shù)人員可以熟練操作rov進(jìn)行海底作業(yè)。

(3)定位效果直觀：通過操作rov在海底開啟前視成像聲納，能夠直觀的獲取水下設(shè)備間的相對位置關(guān)系圖像，能夠直觀的調(diào)整待布放設(shè)備與基準(zhǔn)設(shè)備之間的相對位置關(guān)系。

(4)定位精度高：rov系統(tǒng)所裝備的前視聲納工作頻率高，距離分辨率達(dá)到分米級。

附圖說明

圖1是rov與水下主節(jié)點(diǎn)同步下潛示意圖。

圖2是水下次節(jié)點(diǎn)布放位置調(diào)整示意圖。

圖3是水下次節(jié)點(diǎn)布放精確定位的原理示意圖。

圖4是水下監(jiān)測設(shè)備布放精確定位的原理示意圖。

圖面說明

1施工船2rov

3前視成像聲納4主節(jié)點(diǎn)

5次節(jié)點(diǎn)6釋放器

7海底光電復(fù)合纜8次節(jié)點(diǎn)

9濕插拔延長纜10水平距離和角度的測量刻度線

11水下監(jiān)測設(shè)備

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

在一個(gè)實(shí)施例中，船載rov系統(tǒng)所裝備的前視聲納的工作頻率為650khz，視角為180°×40°，有效探測距離在0-100米，距離分辨率達(dá)到分米級，具有在水下一定范圍內(nèi)的精確定位性能。在此類rov前視聲納的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的深水海底設(shè)備精確定位布放方法充分利用rov水下移動靈活與前視聲納設(shè)備可進(jìn)行100米距離、分米級高精度障礙物探測的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)水下設(shè)備的精確定位與布放。

本發(fā)明的深水海底設(shè)備精確定位布放方法包括以下步驟：

步驟1)、主節(jié)點(diǎn)布放：施工船在主節(jié)點(diǎn)布放位置附近開啟動力定位(dp)模式，通過船尾a型架鋼絲繩連接釋放器，吊放與海纜連接的主節(jié)點(diǎn)；rov開啟攝像頭與主節(jié)點(diǎn)同步下潛以監(jiān)視水下吊放狀態(tài)。待主節(jié)點(diǎn)離海底小于2米時(shí)；rov潛至海床，確認(rèn)海床情況和吊放狀態(tài)，施工船通過甲板單元，啟動釋放器釋放主節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)著床；rov抵近觀測主節(jié)點(diǎn)著床狀態(tài)。

步驟2)、水下基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定：將rov移動到主節(jié)點(diǎn)的后方數(shù)米處，平穩(wěn)坐底；開啟rov前部前視聲納進(jìn)行掃描，此時(shí)主節(jié)點(diǎn)應(yīng)出現(xiàn)在rov前視聲納掃描視圖5米范圍內(nèi)，將主節(jié)點(diǎn)作為水下設(shè)備布放位置定位與距離測量的基準(zhǔn)點(diǎn)。

步驟3)、施工船移位：按照布放規(guī)劃，采用dp模式控制施工船移動至次節(jié)點(diǎn)布放設(shè)備水面位置并保持原位；同時(shí)適當(dāng)增加rov臍帶纜入水長度。采用施工船船尾a型架鋼絲繩連接釋放器吊放次節(jié)點(diǎn)入水，同時(shí)適當(dāng)調(diào)整艏向，避免鋼絲繩與rov臍帶纜纏繞。

步驟4)、次節(jié)點(diǎn)或水下監(jiān)測設(shè)備測向、測距：當(dāng)次節(jié)點(diǎn)或水下監(jiān)測設(shè)備至海床附近(離海底高度約5米)，利用rov的前視聲納實(shí)時(shí)掃描獲得次節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)相對位置關(guān)系，或水下監(jiān)測設(shè)備與次節(jié)點(diǎn)相對位置關(guān)系；其中，所述相對位置關(guān)系包括相對夾角與相對距離。施工船根據(jù)聲納成像結(jié)果實(shí)時(shí)微調(diào)船位，以調(diào)整次節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)相對位置，或水下監(jiān)測設(shè)備與次節(jié)點(diǎn)相對位置，從而實(shí)現(xiàn)所要求的相對方向和距離。待其到達(dá)設(shè)定位置時(shí)，降低次節(jié)點(diǎn)或水下監(jiān)測設(shè)備距海床距離，啟動釋放器令次節(jié)點(diǎn)或水下監(jiān)測設(shè)備著床。

步驟5)、布放下個(gè)水下設(shè)備：根據(jù)布放規(guī)劃，確認(rèn)是否還有未被布放的次節(jié)點(diǎn)或水下監(jiān)測設(shè)備，若還有未被布放的次節(jié)點(diǎn)或水下監(jiān)測設(shè)備，重新執(zhí)行步驟3)和步驟4)，直至所有次節(jié)點(diǎn)或水下監(jiān)測設(shè)備均已布放。

通過本發(fā)明的深水海底設(shè)備精確定位布放方法，實(shí)現(xiàn)了對水下設(shè)備布放時(shí)的精確定位，保證了海底觀測網(wǎng)水下設(shè)備布放后的相對位置，達(dá)到了布放和后續(xù)rov濕 插接作業(yè)要求。

為了便于理解，在下文中結(jié)合附圖對本發(fā)明方法的實(shí)現(xiàn)流程做了進(jìn)一步說明。

圖1是rov與水下主節(jié)點(diǎn)同步下潛示意圖。在圖1中，主節(jié)點(diǎn)4布放時(shí)，操作rov2開啟攝像頭與主節(jié)點(diǎn)4同步下潛，以監(jiān)視主節(jié)點(diǎn)4的水下吊放狀態(tài)。

圖2是水下次節(jié)點(diǎn)布放位置調(diào)整示意圖。在圖2中，主節(jié)點(diǎn)4布放完成，操作rov2移動到主節(jié)點(diǎn)4的正后方數(shù)米處，并平穩(wěn)坐底。開啟rov2前部的前視聲納3進(jìn)行掃描，此時(shí)主節(jié)點(diǎn)4出現(xiàn)在rov前視聲納掃描視圖5米范圍內(nèi)，將主節(jié)點(diǎn)4作為水下設(shè)備布放位置定位與距離測量基準(zhǔn)點(diǎn)；接著，通過施工船1船尾a型架鋼絲繩連接釋放器吊放次節(jié)點(diǎn)5入水，并到達(dá)海床附近(如離海底高度約5米)；然后，通過rov2上的前視成像聲納3實(shí)時(shí)掃描圖像，獲得次節(jié)點(diǎn)5與主節(jié)點(diǎn)4相對位置關(guān)系的聲納圖像，所述相對位置關(guān)系包括主節(jié)點(diǎn)4與次節(jié)點(diǎn)5相對位置夾角和相對距離；再然后，根據(jù)主節(jié)點(diǎn)4和次節(jié)點(diǎn)5相對位置關(guān)系的聲納圖像結(jié)果實(shí)時(shí)微調(diào)船位，以調(diào)整次節(jié)點(diǎn)5與主節(jié)點(diǎn)4相對位置，即次節(jié)點(diǎn)5相對前視成像聲納掃描水平中心線夾角約30度，相對測量基準(zhǔn)點(diǎn)距離約30米；最后，根據(jù)前視成像聲納圖像確認(rèn)次節(jié)點(diǎn)5與主節(jié)點(diǎn)4相對位置調(diào)整(圖中列舉相對距離由60米調(diào)整到30米的情況，實(shí)際為平面二維調(diào)整)符合要求后，啟動釋放器6釋放次級節(jié)點(diǎn)并著床，次節(jié)點(diǎn)布放完成。

圖3是水下次節(jié)點(diǎn)布放精確定位的原理示意圖。在圖3中，海底光電復(fù)合纜7與主節(jié)點(diǎn)4連接，次節(jié)點(diǎn)5和次節(jié)點(diǎn)8分別通過濕插拔延長纜9與主節(jié)點(diǎn)4相連；通過rov2上的前視成像聲納3實(shí)時(shí)掃描圖像上水平距離和角度的測量刻度線10顯示次節(jié)點(diǎn)5和次節(jié)點(diǎn)8與主節(jié)點(diǎn)4的相對距離和角度；微調(diào)船位以調(diào)整次節(jié)點(diǎn)5和次節(jié)點(diǎn)8與主節(jié)點(diǎn)4的相對距離和角度符合要求后，啟動釋放器，分別布放次級節(jié)點(diǎn)到海底。

圖4是水下監(jiān)測設(shè)備布放精確定位的原理示意圖。在圖4中，主節(jié)點(diǎn)與次節(jié)點(diǎn)已布放完成。操作rov移動到次節(jié)點(diǎn)后方坐底，開啟rov前視聲納掃描，通過聲納圖像上水平距離和角度的測量刻度線10顯示水下監(jiān)測設(shè)備11分別與次節(jié)點(diǎn)5或次節(jié)點(diǎn)8的相對距離和角度。調(diào)整合適后，分別布放到海底，然后通過濕插拔延長纜9進(jìn)行次節(jié)點(diǎn)與水下監(jiān)測設(shè)備的連接。

最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明 的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。