劉勇

摘 要：超短基線測量定位技術(shù)是近年來水下聲學定位控制與檢測領(lǐng)域一項全新的應(yīng)用技術(shù)。本文以勝利海上油田海底管道聯(lián)鎖排工程為案例，簡要闡述了超短基線測量定位技術(shù)在海工工程中的應(yīng)用。通過與傳統(tǒng)作業(yè)方法的比對，提出利用該技術(shù)便捷，測量成果準確，建議推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：超短基線;水下定位;海工工程;連鎖排

1 超短基線定位系統(tǒng)的工作流程

1.1 系統(tǒng)的組成及工作原理

超短基線定位系統(tǒng)主要由兩部分組成：水聲換能器及水下應(yīng)答信標。換能器探頭里有多個水聽器，按三角形布陣，水聽器之間距離只有幾厘米。系統(tǒng)是根據(jù)聲波在水中傳播的往返時間及聲速來測量水聲換能器到水下信標的距離，利用安裝在水聲換能器探頭中的多個水聽器接收陣接收水下信標的應(yīng)答信號的相位差來確定發(fā)射接收機相對船艏的方位。

1.2 水下定位作業(yè)工藝流程

1.2.1設(shè)備構(gòu)成

USBL水下定位設(shè)備主要由以下部分構(gòu)成：水聽器、導(dǎo)航控制單元、信標、電纜。但實際作業(yè)時還需要有工作船舶、電羅經(jīng)、GPS系統(tǒng)、帶USBL版本的導(dǎo)航定位軟件以及電腦等配合使用。

1.2.2水下定位系統(tǒng)的安裝

USBL水下定位系統(tǒng)的安裝主要是針對水聽器的安裝，水聽器安裝時采用船舷安裝，該方式具有較大的靈活性，便于安裝和拆除。安裝時水聽器必須探出船底，并將水聽器零艏向與船艏向保持一致，其在船體縱向上的位置，以距離船尾1/3 附近比較合適，同時要避開作業(yè)船側(cè)面推進器。

1.2.3 系統(tǒng)的校正

對USBL水下定位系統(tǒng)進行校正，因USBL安裝有內(nèi)置姿態(tài)傳感器，所以無需對傾斜和搖擺進行校正，只需檢測水聽器零艏向和船艏向是否一致，即對方位的校正。在水聽器安裝完成后，將兩個信標分別放在船左舷、船中心線、船舷兩側(cè)和船尾4個不同的位置、不同的水深，反復(fù)進行應(yīng)、答測試，在導(dǎo)航定位軟件屏幕上顯示的結(jié)果同選定的位置方位進行比較，從而獲得水下聲跟蹤定位系統(tǒng)水聽器零方向與船艏向的偏差改正數(shù)，將此改正數(shù)輸入到導(dǎo)航定位軟件中自動改正。

1.2.4 具體作業(yè)過程

系統(tǒng)校正完整后，進行相應(yīng)的鋪排施工。一般要準備4個水下定位信標，將信標固定在聯(lián)鎖排排體邊緣，分兩組循環(huán)使用。每組由兩個信標組成，對稱分布于排體兩側(cè)，每組20-30m。當聯(lián)鎖排鋪設(shè)時，某一組信標到達水底穩(wěn)定后，測量其最終坐標并釋放回收信標設(shè)備，繼續(xù)進行下一組的測量控制，如此循環(huán)完成排體的施工定位及檢測工作。

在施工過程中，通過鋪排軟件的坐標成圖、對標、報警等功能實現(xiàn)排體鋪設(shè)的測量控制，為下一張排體的鋪設(shè)、搭接提供最為準確的數(shù)據(jù)成果。

1.2.5 設(shè)備管理

導(dǎo)航定位要連續(xù)工作、實時定位。導(dǎo)航系統(tǒng)要儲存多要素的資料、實時顯示，可供資料訂正及處理使用，儀器設(shè)備應(yīng)符合海洋調(diào)查規(guī)范，保證達到精度要求。導(dǎo)航記錄的數(shù)據(jù)應(yīng)有備份。

2 超短基線在海工工程水下定位施工中的優(yōu)勢

2.1 傳統(tǒng)的方法

傳統(tǒng)的水下定位作業(yè)，路由位置的檢測主要通過水面浮漂和潛水員水下探摸目視檢查來實現(xiàn)，在水深較深、流速較快的區(qū)域，拴系在海底管道的浮標到水面后偏移實際位置較多，無法準確測量并判定聯(lián)鎖排排體在水下的真實位置，準確度偏差大，影響后續(xù)施工進度和質(zhì)量，潛水員下水風險大，費用高。

2.2 超短基線定位技術(shù)的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的測量定位及檢測方法相比，超短基線定位技術(shù)有以下優(yōu)點：①可對施工中的水下排體實現(xiàn)實時動態(tài)定位及檢測，速度快、效率高，可實現(xiàn)鋪排施工的動態(tài)控制;②檢測手段簡單，風險小，不用配備專用的檢測船及專業(yè)的潛水員，成本費用較低;③檢測精度高，信息量豐富，有利于數(shù)據(jù)成果分析處理;④不受水深及排體檢測點多少的影響，易于實現(xiàn)全覆蓋檢測，檢測質(zhì)量高。

3 應(yīng)用實例

在埕島油田海底管道隱患治理工程施工過程中，聯(lián)鎖排鋪設(shè)總量達10.4萬m2，鋪設(shè)工作量大，工期長，精度要求高。施工區(qū)域作業(yè)條件復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的鋪排定位檢測方式將嚴重制約鋪排的進度。根據(jù)項目需求，先后在海盛工六鋪排船上進行了超短基線定位的實際應(yīng)用，大幅提高鋪排施工的進度與質(zhì)量。

在施工定位與檢測中，將信標定位實測排體，搭接符合鋪排施工作業(yè)要求。具體如下：①排體施工實測位置與設(shè)計位置較吻合;搭接滿足設(shè)計要求;有效避免了漏鋪排、補鋪排及重復(fù)鋪設(shè)等問題的發(fā)生，施工工效高且比較經(jīng)濟;②超短基線所測量的排體位置離散度相對較低，測量坐標點位比較集中，所有的測點坐標位置都集中在半徑為0.3 m的圓內(nèi)，測點的定位中誤差在0.2～0.6m之間，定位精度高，穩(wěn)定性好;③利用超短基線測量技術(shù)可以準確定位，能比較準確地反應(yīng)水下排體的真實搭接信息;④結(jié)合潮水情況來分析，在落潮施工過程中，短基線測量的排體連線位置略流向下游方向偏移;而平潮及初漲時，實測的排體位置與設(shè)計排體位置非常吻合。

4 結(jié)語

超短基線測量技術(shù)應(yīng)用于聯(lián)鎖排鋪設(shè)施工的定位與檢測，是鋪排施工中定位控制與檢測工藝的創(chuàng)新。在勝利海上油田海工工程的實際應(yīng)用效果證明，其工藝先進，作業(yè)方法及控制手段穩(wěn)定可靠，測量精度完全滿足施工的需求。超短基線測量技術(shù)在聯(lián)鎖排鋪排施工中的成功應(yīng)用，不但大幅提高鋪排施工的進度與質(zhì)量，而且還可以有效降低施工作業(yè)成本，降低水下探摸的安全風險，可在同行業(yè)推廣應(yīng)用。