本發(fā)明屬于水下探測技術領域，特別是涉及一種水下原油泄漏點探測裝置。

背景技術：

目前，隨著海洋油氣資源的勘探開發(fā)，水下特殊環(huán)境條件導致油污泄漏事故風險劇增，且自然老化、海水腐蝕、海洋生物附著和底質運動等因素都有可能導致原油泄漏等事故。

針對中大型的溢油事故通過在線監(jiān)測等技術手段容易尋找泄漏點，但是對于微孔尺寸泄漏或者不連續(xù)間斷型的泄漏事故利用現(xiàn)有的技術很難發(fā)現(xiàn)泄漏點，目前主要探測技術手段是派潛水員對可能事故地點進行探摸，但潛水員容易受到海水水深、溫度、光線及流速等作業(yè)環(huán)境的影響，并且尋找泄漏點的效率較低。例如近年來海上發(fā)生的多次水下小型泄漏事故中，尋找泄漏點是非常艱難的事情，需要長時間的探測和論證后才能確定泄漏點，延誤了泄漏應急時間，造成海洋環(huán)境不必要的損失。

針對海上已經(jīng)發(fā)生原油泄漏事故后，如何能夠快速探測出原油泄漏位置、流量及覆蓋面積等，這些問題是水下原油泄漏應急過程中必須解決的問題。因此需要對原油泄漏點探測裝備進行研究，一旦發(fā)生水下泄漏事故能夠快速準確地探測泄漏點的位置，從而最大程度地減少經(jīng)濟損失和環(huán)境污染，降低事故隱患。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種水下原油泄漏點探測裝置。

本發(fā)明的目的是提供一種具有探測手段多種，定位快速，探測效率高，設備微小型，操作方便，環(huán)境不受限，作業(yè)區(qū)域廣，實時數(shù)據(jù)傳輸，探測準確等特點的水下原油泄漏點探測裝置。該系統(tǒng)具備微小型水下原油泄漏點的快速定位功能，彌補了潛水員效率低、環(huán)境條件受限的缺陷。該裝置可在海底跑冒滴漏型的溢油事故種應用，幫助應急人員快速發(fā)現(xiàn)水下泄漏點位置，為事故應急和搶維修提供技術支撐。

本發(fā)明水下原油泄漏點探測裝置，包括探測平臺搭載系統(tǒng)和探測傳感器系統(tǒng)，他們之間相互的關系是：所述探測平臺搭載系統(tǒng)包含水下航行器本體、收放和通信系統(tǒng)、操作控制模塊和定位系統(tǒng)，用于搭載探測傳感器；所述探測傳感器系統(tǒng)包括熒光傳感器、聲音檢測器、溫度傳感器、攝像儀和采樣器，用于實時測量水中含油濃度、聲學信號、底泥溫度和樣品含油量(水樣和底泥)。水下航行器受控于工作母船。

(1)水下航行器本體由浮力模塊、載體框架、推進部分及輔助配件等部分模塊組成,其中浮力模塊用于提供足夠的浮力,載體框架用來搭載傳感器、控制部分以及作業(yè)工具等,推進部分為水平和垂向推進器,主要通過臍帶由母船提供動力，它們之間相互配合保證水下航行器在水中可以自由地作三維空間運動,輔助配件則對整個系統(tǒng)進行補充和優(yōu)化。水下航行器可滿足工作水深100m，最大航速3節(jié),6自由度運動，可以實現(xiàn)前進運動，轉彎運動，垂直運動；使用自身的支撐腳實現(xiàn)定點移動以及坐底作業(yè)。

(2)通信和收放系統(tǒng)用于水下機器人的供電及表面控制單元發(fā)出的控制命令到操作控制模塊，并將水下機器人主機獲取的視頻、傳感器數(shù)據(jù)等傳輸?shù)斤@控系統(tǒng)。配置絞車用于臍帶纜的收放。

(3)操作控制模塊和定位系統(tǒng)包含表面控制單元、控制手柄、水下定位系統(tǒng)和高度計。定位通過測量甲板換能器到水下信標的距離和方向來計算目標的3d相對位置或絕對地理坐標。

(4)探測傳感器系統(tǒng)包括熒光傳感器、聲音檢測器、溫度傳感器、攝像儀和采樣器。熒光傳感器測量泄漏點處的水中油的濃度，靈敏度0.002ppb。聲音檢測器集成水聽器、前置放大器、濾波器、a/d變換器以及數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)據(jù)記錄單元。溫度傳感器伸入底泥中采集泥溫數(shù)據(jù)。攝像儀實時采集1m范圍內的圖像數(shù)據(jù)監(jiān)視溢油。采樣器實現(xiàn)海底沉積物和水樣的采集，通過化學分析監(jiān)測是否泄漏。傳感器通過通信模塊將檢測信息實時發(fā)送給操作控制模塊。

本發(fā)明的水下原油泄漏點探測的裝備,將熒光傳感器、溫度傳感器、聲音檢測器、攝像機和采樣設備等5種方式相結合，利用操作控制模塊發(fā)布指令在可疑區(qū)域內進行近距離高分辨率更精細化的探測，5種設備協(xié)同工作降低探測誤報率提高應急效率。而目前最常用的手段潛水員探摸容易受到海水水深、溫度、光線及流速等作業(yè)環(huán)境的影響，每天的窗口期很短，尋找泄漏點的效率較低。水下航行器能在潛水員不能到達的深度和復雜的不安全海底環(huán)境下進行作業(yè)，并且在設備沒有作業(yè)時間的限制，以這些明顯的優(yōu)勢，本項目選擇水下航行器作為搭載傳感器的載體。

本發(fā)明水下原油泄漏點探測裝置所采取的技術方案是：

一種水下原油泄漏點探測裝置，其特點是：水下原油泄漏點探測裝置包括探測平臺搭載系統(tǒng)和探測傳感器系統(tǒng)；探測平臺搭載系統(tǒng)包含水下航行器本體、收放和通信系統(tǒng)、操作控制模塊和定位系統(tǒng)，探測傳感器系統(tǒng)包括熒光傳感器、聲音檢測器、溫度傳感器、攝像儀和采樣器，探測平臺搭載系統(tǒng)搭載探測傳感器系統(tǒng)，探測傳感器系統(tǒng)的探測傳感器連接操作控制模塊。

本發(fā)明水下原油泄漏點探測裝置還可以采用如下技術方案：

所述的水下原油泄漏點探測裝置，其特點是：水下航行器本體包括浮力模塊、載體框架和推進機構，浮力模塊用于提供浮力，載體框架用來搭載探測傳感器系統(tǒng)、操作控制模塊和定位系統(tǒng)，推進機構為水平和垂向推進器。

所述的水下原油泄漏點探測裝置，其特點是：水下原油泄漏點探測裝置包括表面控制單元和臍帶纜，表面控制單元設有計算機和顯示器，表面控制單元通過臍帶纜連接探測平臺搭載系統(tǒng)的操作控制模塊。

所述的水下原油泄漏點探測裝置，其特點是：水平和垂向推進器通過臍帶纜連接母船，由母船提供動力，保證水下航行器本體在水中自由地作三維空間運動。

所述的水下原油泄漏點探測裝置，其特點是：通信和收放系統(tǒng)通過臍帶纜，用于水下航行器本體供電及表面控制單元發(fā)出的控制命令到操作控制模塊，并將探測傳感器系統(tǒng)獲取的視頻、傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示器，臍帶纜配置有用于臍帶纜的收放的絞車。

所述的水下原油泄漏點探測裝置，其特點是：定位系統(tǒng)包括gps系統(tǒng)和超短基線水下定位系統(tǒng)，gps系統(tǒng)用于獲取水下航行器母船的精確位置，超短基線水下定位系統(tǒng)可獲取水下航行器相對于母船的位置。

所述的水下原油泄漏點探測裝置，其特點是：超短基線水下定位系統(tǒng)又包括一個收發(fā)器和一個應答器；收發(fā)器安裝在母船的船舷側，而應答器安裝在水下航行器上。

所述的水下原油泄漏點探測裝置，其特點是：熒光傳感器測量泄漏點處的水中油的濃度，靈敏度0.002ppb，聲音檢測器集成水聽器、前置放大器、濾波器、a/d變換器以及數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)據(jù)記錄單元，溫度傳感器伸入底泥中采集泥溫數(shù)據(jù)，攝像儀實時采集1m范圍內的圖像數(shù)據(jù)監(jiān)視溢油，采樣器實現(xiàn)海底沉積物和水樣的采集。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：

水下原油泄漏點探測裝置由于采用了本發(fā)明全新的技術方案，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下特點：

(1)基于水下航行器多種探測手段的融合技術；

(2)作業(yè)環(huán)境滿足4級海況環(huán)境；

(3)終端實時數(shù)據(jù)傳輸顯示。

附圖說明

圖1是本發(fā)明水下原油泄漏點探測裝置結構示意圖；

圖2是水下航行器底盤結構示意圖；

圖3是圖2的仰視結構示意圖；

圖4是多功能電動裝置結構示意圖。

圖中，1、底盤框架，2、多功能電動裝置,3、補償艙，4、電子艙，5、浮力材料，6、連接頭，7、配重塊，8、沉積物采樣器，9、水質采樣器，10、攝像儀，11、高度計，12、溫度傳感器，13、聲音檢測器，14、熒光傳感器，15、膠帶纜，16、絞車，17、岸基顯示控制系統(tǒng)，18、供電單元，19、水下定位發(fā)射器,20、水下航行器。

具體實施方式

為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：

參閱附圖1、圖2、圖3和圖4。

實施例1

一種水下原油泄漏點探測裝置，包括探測平臺搭載系統(tǒng)、探測傳感器系統(tǒng)、表面控制單元和臍帶纜。表面控制單元設有計算機和顯示器，表面控制單元通過臍帶纜連接探測平臺搭載系統(tǒng)的操作控制模塊。探測平臺搭載系統(tǒng)包含水下航行器本體、收放和通信系統(tǒng)、操作控制模塊和定位系統(tǒng)，探測傳感器系統(tǒng)包括熒光傳感器、聲音檢測器、溫度傳感器、攝像儀和采樣器，探測平臺搭載系統(tǒng)搭載探測傳感器系統(tǒng)，探測傳感器系統(tǒng)的探測傳感器連接操作控制模塊。

水下航行器本體包括浮力模塊、載體框架和推進機構，浮力模塊用于提供浮力，載體框架用來搭載探測傳感器系統(tǒng)、操作控制模塊和定位系統(tǒng)，推進機構為水平和垂向推進器。水平和垂向推進器通過臍帶纜連接母船，由母船提供動力，保證水下航行器本體在水中自由地作三維空間運動。

通信和收放系統(tǒng)通過臍帶纜，用于水下航行器本體供電及表面控制單元發(fā)出的控制命令到操作控制模塊，并將探測傳感器系統(tǒng)獲取的視頻、傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示器，臍帶纜配置有用于臍帶纜的收放的絞車。

定位系統(tǒng)包括gps系統(tǒng)和超短基線水下定位系統(tǒng)，gps系統(tǒng)用于獲取水下航行器母船的精確位置，超短基線水下定位系統(tǒng)可獲取水下航行器相對于母船的位置。超短基線水下定位系統(tǒng)又包括一個收發(fā)器和一個應答器；收發(fā)器安裝在母船的船舷側，而應答器安裝在水下航行器上。

熒光傳感器測量泄漏點處的水中油的濃度，靈敏度0.002ppb，聲音檢測器集成水聽器、前置放大器、濾波器、a/d變換器以及數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)據(jù)記錄單元，溫度傳感器伸入底泥中采集泥溫數(shù)據(jù)，攝像儀實時采集1m范圍內的圖像數(shù)據(jù)監(jiān)視溢油，采樣器實現(xiàn)海底沉積物和水樣的采集。

本實施例的具體結構和實施過程說明如下：

供電單元為整個探測平臺搭載系統(tǒng)及探測傳感器系統(tǒng)供電。供電單元輸入為三相，50-60hz，380v到440vac。額定功率為8kw。

表面控制單元內置計算機和17寸lcd顯示器，用來獲取水下機器人的傳感器信息，并控制水下機器人的運動。同時表面控制單元還可以用于控制探測傳感器系統(tǒng)中的各個傳感器，并查看和記錄各個傳感器的數(shù)據(jù)。

控制電纜用于連接水下航行器本體及供電單元和表面控制單元。其作用是為水下航行器本體提供所需的電力，并且用于水下航行器本體和表面控制單元之間的通訊。由于本系統(tǒng)搭載的傳感器較多，因此采用光纖控制電纜，長度300米。此時，水下航行器的本體和表面控制單元分別有一個光纖復用器，兩個光纖復用器成對使用。光纖復用器可傳輸未經(jīng)壓縮的高清視頻信號(最高支持4k)，標清視頻信號，串口信號及網(wǎng)絡信號。此種通訊方案造價較高、數(shù)據(jù)質量高，后期擴展能力強。

定位系統(tǒng)可用于獲取水下航行器位置。定位系統(tǒng)又包括兩個部分：gps系統(tǒng)和超短基線水下定位系統(tǒng)，gps系統(tǒng)可獲取水下航行器母船的精確位置，超短基線水下定位系統(tǒng)可獲取水下航行器相對于母船的位置。超短基線水下定位系統(tǒng)又包括一個收發(fā)器和一個應答器。收發(fā)器安裝在母船的船舷側，而應答器安裝在水下航行器上。在水下航行器在水下作業(yè)時，收發(fā)器和應答器進行水聲鏈接，從而收發(fā)器可以獲取到應答器的相對位置。將gps系統(tǒng)的位置導入到超短基線水下定位系統(tǒng)后，即可得到水下航行器的精確位置。應答器不需要水下航行器提供數(shù)據(jù)鏈路，只需為其供電即可。

水下航行器本體是探測平臺搭載系統(tǒng)的核心單元，它負責搭載探測傳感器，并將其運載到所需的工作區(qū)域。水下航行器本體內部擁有很多供電接口，可為各種不同的探測傳感器提供5vdc，12vdc，24vdc，48vdc等電壓選項。由于采用光纖控制電纜，水下航行器本體預留多種不同的數(shù)據(jù)傳輸接口，包括以太網(wǎng)接口、高清視頻接口、標清視頻接口、串口接口等，可根據(jù)需要搭載各種不同的探測傳感器。

水下航行器底盤結構如圖2和圖3所示，由底盤框架1、多功能電動裝置2、補償艙3、電子艙4、浮力材料5、連接頭6、配重塊7?？刂婆撏ㄟ^rs232串口與表面控制系統(tǒng)相連，以接收來自水下航行器操作員的控制命令。

設計多功能電動裝置2搭載所需要的探測傳感器，包括沉積物采樣器8、水質采樣器9、攝像儀10、高度計11、溫度傳感器12、聲音檢測器13、熒光傳感器14，如圖4。水質采樣器、聲音檢測器和溫度傳感器由一套電機和驅動器控制，沉積物采樣器需要兩套電機和驅動器控制。

攝像儀10可以拍攝水中的圖像。攝像儀采用標清視頻接口通訊。經(jīng)水下航行器里的光纖復用器轉換為光信號，通過控制電纜，傳輸?shù)奖砻婵刂茊卧１砻婵刂茊卧锏墓饫w復用器將其轉換為標清視頻信號，然后經(jīng)視頻采集卡將模擬視頻信號轉換為數(shù)字視頻信號，輸入表面控制單元的計算機。因此表面控制單元的pc機就可以查看攝像儀所拍攝的水中圖像了。

高度計11可以測量水下航行器到海底的距離。高度計采用rs232串口通訊。經(jīng)水下航行器里的光纖復用器轉換為光信號，通過控制電纜，傳輸?shù)奖砻婵刂茊卧?。表面控制單元里的光纖復用器將其轉換為rs232信號，輸入表面控制單元的計算機。因此表面控制單元的pc機就可對其進行控制，并查看和記錄它的數(shù)據(jù)。

溫度傳感器12可以測量水體及海底的溫度。溫度傳感器采用rs232串口通訊。經(jīng)水下航行器里的光纖復用器轉換為光信號，通過控制電纜，傳輸?shù)奖砻婵刂茊卧?。表面控制單元里的光纖復用器將其轉換為rs232信號，輸入表面控制單元的計算機。因此表面控制單元的pc機就可對其進行控制，并查看和記錄它的數(shù)據(jù)。

聲音檢測器13可以實時監(jiān)聽水中的聲學信號。聲音檢測器采用網(wǎng)口通訊。經(jīng)水下航行器里的光纖復用器轉換為光信號，通過控制電纜，傳輸?shù)奖砻婵刂茊卧?。表面控制單元里的光纖復用器將其轉換為網(wǎng)絡信號，輸入表面控制單元的計算機。因此表面控制單元的pc機就可對其進行控制，并查看和記錄它的數(shù)據(jù)。

熒光傳感器14可以實時測量多環(huán)芳烴、cdom和色氨酸等一系列化學物質在水中的含量，從而推斷漏油情況。熒光傳感器采用rs232串口通訊。經(jīng)水下航行器里的光纖復用器轉換為光信號，通過控制電纜，傳輸?shù)奖砻婵刂茊卧１砻婵刂茊卧锏墓饫w復用器將其轉換為rs232信號，輸入表面控制單元的計算機。因此表面控制單元的pc機就可對其進行控制，并查看和記錄它的數(shù)據(jù)。

水質采樣器8和沉積物采樣器9不需要數(shù)據(jù)傳輸接口。

本系統(tǒng)的使用步驟為：

1.將工作母船行駛到疑似泄漏點附近并拋錨(疑似泄漏點可通過多波束測深儀及其他方法獲取)。

2.完成探測平臺搭載系統(tǒng)和探測傳感器系統(tǒng)的連接。通電并測試整個系統(tǒng)。如果有任何異常，則整個系統(tǒng)不能下水，以防止更大的損壞發(fā)生。

3.測試完成后，將設備斷電。使用吊放設備將水下航行器吊放入水。為水下航行器通電，測試超短基線水下定位系統(tǒng)工作是否正常。

4.將疑似泄漏點的位置標注在超短基線定位系統(tǒng)的軟件界面上。選擇其中一個疑似泄漏點，操控水下航行器在水面上移動，到達此點后垂直下潛。在下潛的過程中，應通過操控水下航行器的前進、后退及平移功能，保證水下航行器處于疑似點位置附近，同時觀察熒光傳感器、聲音檢測器及溫度傳感器的數(shù)據(jù)，判斷此處是否發(fā)生泄漏。將水下航行器下潛到水底，采集沉積物及水樣，并將水下航行器返回水面，分析采集的沉積物及水樣。

5.在操作控制模塊中預設水中油濃度、溫度場、圖像灰度和聲信號振幅的限值，當探測數(shù)據(jù)的值超過預設值的范圍時,pc機控制模塊判斷存在水下原油泄漏的情況，并與采樣裝置對沉積物和水質進行對比，確定泄漏點。如果海況條件允許派潛水員核實泄漏點。

6.斷電。使用吊放設備回收水下航行器。進行檢查，清除濁物，并使用淡水清洗整個水下航行器。斷開水下航行器的連接。

本實施例具有所述的探測手段多種，定位快速，探測效率高，設備微小型，操作方便，環(huán)境不受限，作業(yè)區(qū)域廣，實時數(shù)據(jù)傳輸，探測準確等積極效果。本發(fā)明的水下原油泄漏點探測的裝置能夠在3節(jié)流速環(huán)境下工作，可以實時快速化鎖定水下原油泄漏點。